Вход
Купить систему ГАРАНТ
Получить демо-доступ
Узнать стоимость
Информационный банк
Подобрать комплект
Семинары
- Главная
- Национальный стандарт РФ ГОСТ Р 58773-2019 (ИСО 19901-7:2013) "Нефтяная и газовая промышленность. Сооружения нефтегазопромысловые морские. Системы позиционирования плавучих сооружений" (утв. и введен в действие приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 18 декабря 2019 г. N 1411-ст)
Национальный стандарт РФ ГОСТ Р 58773-2019 (ИСО 19901-7:2013) "Нефтяная и газовая промышленность. Сооружения нефтегазопромысловые морские. Системы позиционирования плавучих сооружений" (утв. и введен в действие приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 18 декабря 2019 г. N 1411-ст)
-
Приложение А (справочное). Дополнительная информация и рекомендации
-
Приложение ДА (справочное). Сведения о соответствии ссылочных национальных стандартов международным стандартам, использованным в качестве ссылочных в примененном международном стандарте
-
Приложение ДБ (справочное). Сопоставление структуры настоящего стандарта со структурой примененного в нем международного стандарта
Petroleum and natural gas industry. Offshore oil and gas field structures. Stationkeeping systems for floating structures
Дата введения - 1 сентября 2020 г.
Введен впервые
ГАРАНТ:
Полужирный курсив в тексте не приводится
Предисловие
1 Подготовлен Филиалом Общества с ограниченной ответственностью "ЛУКОЙЛ-Инжиниринг" "ВолгоградНИПИморнефть" в г. Волгограде на основе официального перевода на русский язык англоязычной версии указанного в пункте 4 стандарта, который выполнен ФГУП "Стандартинформ"
2 Внесен Техническим комитетом по стандартизации ТК 23 "Нефтяная и газовая промышленность"
3 Утвержден и введен в действие Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 18 декабря 2019 г. N 1411-ст
4 Настоящий стандарт является модифицированным по отношению к международному стандарту ИСО 19901-7:2013 "Промышленность нефтяная и газовая. Специальные требования, предъявляемые к морским платформам. Часть 7. Системы удержания плавучих морских платформ и передвижных морских оснований" (ISO 19901-7:2013 "Petroleum and natural gas industries - Specific requirements for offshore structures - Part 7: Stationkeeping systems for floating offshore structures and mobile offshore units", MOD) путем внесения технических отклонений, объяснение которых приведено во введении к настоящему стандарту.
Сведения о соответствии ссылочных национальных стандартов международным стандартам, использованным в качестве ссылочных в примененном международном стандарте, приведены в дополнительном приложении ДА.
Сопоставление структуры настоящего стандарта со структурой указанного международного стандарта приведено в дополнительном приложении ДБ
5 Введен впервые
Введение
Настоящий стандарт разработан в дополнение к комплексу действующих национальных стандартов в области морской нефтегазодобычи, устанавливающих требования к проектированию и строительству морских нефтегазопромысловых сооружений.
Формирование комплекса стандартов по морским нефтегазопромысловым сооружениям, в соответствии с основами национальной стандартизации и принципами гармонизации документов национальной системы стандартизации с международной, осуществляется на основе применения международных стандартов, отражающих передовой зарубежный опыт, лучшие мировые практики и современные методики проектирования. При этом для повышения научно-технического уровня комплекса национальных стандартов, учета особенностей объекта и аспекта стандартизации, которые характерны для Российской Федерации в силу климатических и географических факторов, а также для учета накопленного отечественного опыта проектирования, строительства и эксплуатации морских нефтегазопромысловых сооружений техническое содержание национальных стандартов модифицировано по отношению к применяемым международным стандартам.
При разработке настоящего стандарта также использована модифицированная форма применения международного стандарта, которая определена необходимостью внесения технических отклонений, изменения структуры и их идентификации.
Целью разработки настоящего стандарта является обеспечение безопасности при выполнении работ по освоению морских месторождений, расположенных на континентальном шельфе (в том числе на акваториях с ледовым режимом), во внутренних морских водах, в территориальном море, прилежащей зоне Российской Федерации и в российском секторе Каспийского моря, за счет установления требований и принципов в отношении выбора, оценки и проектирования систем позиционирования плавучих морских нефтегазопромысловых сооружений.
Настоящий стандарт является модифицированным по отношению к международному стандарту ИСО 19901-7:2013 "Промышленность нефтяная и газовая. Специальные требования к морским платформам. Часть 7. Системы удержания плавучих морских платформ и передвижных морских оснований" и разработан в развитие требований нормативных положений основополагающего ГОСТ Р 54483-2011 (ИСО 19900:2002) "Нефтяная и газовая промышленность. Платформы морские для нефтегазодобычи. Общие требования".
Положения, учитывающие особенности национальной стандартизации и специфику национальной практики в области эксплуатации систем позиционирования плавучих сооружений, проектирования и строительства морских нефтегазопромысловых сооружений, приведены в дополнительных пунктах 8.2.8 "Морской лед", 8.3.3.1.1 "Управление ледовой обстановкой" и терминологических статьях: 3.2 "верхнее строение", 3.4 "грунт морского дна", 3.6 "класс сооружения по требованиям стойкости к внешним воздействиям", 3.11 "мобильное морское нефтегазопромысловое сооружение", 3.12 "морское дно", 3.13 "номинальное значение", 3.18 "плавучий нефтегазодобывающий комплекс", 3.19 "поверхность морского дна", 3.26 "репрезентативное значение", 3.31 "система управления конструктивной целостностью", 3.32 "состояние резервного функционирования", 3.35 "судно технического флота", 3.38 "частота дискретизации", 3.40 "элемент системы позиционирования", 3.41 "якорная линия".
ГАРАНТ:
По-видимому, в тексте предыдущего абзаца допущена опечатка. Вместо слов "8.3.3.1.1" следует читать "8.3.3.1"
Эти дополнительные положения заключены в рамки из тонких линий. Пункт 8.2.8 добавлен в связи с необходимостью учета при проектировании систем позиционирования природно-климатических особенностей расположения континентального шельфа Российской Федерации, связанной с низкими температурами окружающей среды и наличием льда на акватории установки МНГС. Пункт 8.3.3.1.1 включен в целях учета при проектировании систем позиционирования, эксплуатирующихся на акваториях с ледовым режимом, систем управления ледовой обстановкой, обеспечивающих снижение интенсивности или полного исключения воздействий на якорные линии и удерживаемые плавучие морские нефтегазопромысловые сооружения со стороны ледяных образований. Терминологические статьи 3.2, 3.4, 3.6, 3.11, 3.12, 3.13, 3.18, 3.19, 3.26, 3.31, 3.32, 3.35, 3.38, 3.40 и 3.41 добавлены, поскольку определяемые термины находят применение в настоящем стандарте.
ГАРАНТ:
По-видимому, в тексте предыдущего абзаца допущена опечатка. Вместо слов "Пункт 8.3.3.1.1" следует читать "Пункт 8.3.3.1"
Для улучшения понимания пользователями некоторых положений настоящего стандарта, а также для учета требований российских нормативных правовых актов, нормативно-технических документов и отечественной специфики проектирования, строительства и эксплуатации морских нефтегазопромысловых сооружений в текст внесены изменения и дополнения, выделенные полужирным курсивом.
1 Область применения
Настоящий стандарт устанавливает требования, предъявляемые к выбору, оценке, анализу и проектированию, с учетом условий площадок установки, систем позиционирования плавучих морских нефтегазопромысловых сооружений, устанавливаемых на континентальном шельфе (в том числе на акваториях с ледовым режимом), во внутренних морских водах, в территориальном море, прилежащей зоне Российской Федерации и в российском секторе Каспийского моря. Также требования настоящего стандарта могут применяться к системам позиционирования судов технического флота (см. 3.35), использующихся при обустройстве и эксплуатации морских месторождений углеводородов.
Настоящий стандарт распространяется:
a) на стационарные системы позиционирования плавучих морских нефтегазопромысловых сооружений, размещаемых на месторождении на весь период его эксплуатации и имеющих следующие функции:
- бурение;
- добыча;
- технологическая подготовка;
- хранение и отгрузка продукции скважин;
- размещение персонала;
- прочее (возможно совмещение различных функций на одном сооружении);
b) мобильные системы позиционирования мобильных морских нефтегазопромысловых сооружений и судов технического флота.
Настоящий стандарт применим ко всем аспектам жизненного цикла систем позиционирования и включает требования, относящиеся к производству элементов систем, а также содержит рекомендации по техническому контролю в процессе эксплуатации.
Настоящий стандарт распространяет свои требования на следующие типы систем позиционирования:
- пространственные системы позиционирования (системы с провисающими якорными линиями и системы с натянутыми якорными линиями);
- системы позиционирования одноточечных плавучих причалов (удержание морского одноточечного плавучего причала пространственной системой позиционирования);
- системы динамического позиционирования (удержание при помощи работы движителей и средств активного управления);
- комбинированные системы (удержание при помощи совместной работы якорных линий и средств активного управления).
Описание характеристик и стандартных элементов данных систем представлено в приложении А.
В настоящем стандарте основные требования сформулированы для пространственных систем позиционирования и систем позиционирования одноточечных плавучих причалов с якорными линиями из стальных цепей и стальных канатов. При этом стандарт содержит требования по применению в системах позиционирования якорных линий из волоконных синтетических канатов, а также дополнительные требования к свойствам волоконных синтетических канатов.
Настоящий стандарт также может распространяться на системы позиционирования с одной якорной линией и другие системы позиционирования одноточечных плавучих причалов, при условии, что эти требования применимы.
Действие настоящего стандарта не распространяется на натяжные связи систем позиционирования плавучих морских нефтегазопромысловых сооружений и опорные колонны самоподъемных плавучих буровых платформ.
Изложенные в стандарте методологии последовательного анализа систем позиционирования плавучих сооружений * с учетом гидрометеорологических условий площадки установки, характеристик плавучего сооружения, а также других факторов могут использоваться для определения соответствия проектируемых систем позиционирования функциональным требованиям настоящего стандарта.
------------------------------
*Для удобства пользования настоящим стандартом здесь и далее по тексту под плавучими сооружениями следует понимать плавучие морские нефтегазопромысловые сооружения и суда технического флота.
------------------------------
При проектировании, строительстве и эксплуатации систем позиционирования под техническим наблюдением Российского морского регистра судоходства в дополнение к требованиям настоящего стандарта следует выполнять требования [1] и [2].
2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:
ГОСТ 34233.1 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Общие требования
ГОСТ Р 54483-2011 (ИСО 19900:2002) Нефтяная и газовая промышленность. Платформы морские для нефтегазодобычи. Общие требования
ГОСТ Р 55311 Нефтяная и газовая промышленность. Сооружения нефтегазопромысловые морские. Термины и определения
ГОСТ Р 57148 (ИСО 19901-1:2015) Нефтяная и газовая промышленность. Сооружения нефтегазопромысловые морские. Проектирование и эксплуатация с учетом гидрометеорологических условий
ГОСТ Р 57555 (ИСО 19901-3:2014) Нефтяная и газовая промышленность. Сооружения нефтегазопромысловые морские. Верхние строения
Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.
3 Термины и определения
В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ Р 55311, а также следующие термины с соответствующими определениями:
3.1 верификация (verification): Комплекс мероприятий по определению и оценке фактических значений контролируемых параметров, характеризующих работоспособность объекта проверки и определяющих возможность его дальнейшей эксплуатации, реконструкции или необходимость восстановления, усиления, ремонта.
|
3.2 верхнее строение (topside): Конструкции и оборудование, установленные на опорную часть, обеспечивающие функционирование морского нефтегазопромыслового сооружения по его назначению.
Примечания 1 Для плавучих сооружений палуба не является частью верхнего строения. 2 Для самоподъемной плавучей буровой установки корпус не является частью верхнего строения. 3 Отдельно изготовленная несущая палуба является частью верхнего строения. |
3.3
|
воздействие (action): Явление, вызывающее внутренние силы в элементах конструкции. [ГОСТ Р 54483-2011, статья 3.6] |
3.4
|
грунт морского дна (seabed soil): Грунт, составляющий верхний слой морского дна. [ГОСТ 23634-83, статья 49] |
3.5 динамическое воздействие (dynamic action): Воздействие, которое вызывает существенные ускорения сооружения или его конструктивных элементов.
|
3.6 класс сооружения по требованиям стойкости к внешним воздействиям (exposure level): Система классификации, устанавливающая требования для сооружений, основанная на рассмотрении последствий разрушения сооружений на безопасность жизни, окружающей среды и экономических потерь. |
3.7
|
конструкция (structure): Организованная комбинация соединенных между собой элементов, выполняющих несущие, оградительные либо совмещенные функции. [ГОСТ Р 54483-2011, статья 3.13] |
3.8 комбинированная система позиционирования (thruster-assisted stationkeeping system): Система позиционирования, в которой непрерывное удержание плавучего сооружения над заданной точкой обеспечивается совместной работой якорных линий и средств активного управления.
3.9 минимальное разрывное усилие (minimum breaking strength): Минимальный предел механического напряжения, выше которого происходит разрушение материала изделия.
3.10 мобильная система позиционирования (mobile stationkeeping system): Система позиционирования плавучего сооружения, временно устанавливаемого на месторождении.
3.14 нормативное значение (characteristic value): Значение, устанавливаемое нормативными документами или принятое по репрезентативному значению.
3.15 ожидаемое значение (expected value): Статистический момент первого порядка плотности распределения вероятности для рассматриваемой переменной, который в случае параметра с временной зависимостью может быть ассоциирован с конкретным базовым периодом.
3.16 период повторяемости (return period): Средний период времени между возникновениями события или случаями превышения какого-либо значения.
Примечание - Как правило, для природных явлений используется период повторяемости, измеряемый в годах. Период повторяемости в годах равен величине, обратной годовой вероятности превышения события.
3.17 плавучее сооружение (floating structure): Объемная строительная конструкция, способная перемещаться по воде в надводном или подводном положении.
3.20 предельное состояние (limit state): Состояние, при котором сооружение в целом или его элементы перестают удовлетворять заданным эксплуатационным требованиям (расчетным критериям), требованиям при производстве работ (строительстве) или находятся в состоянии, при котором их дальнейшая эксплуатация недопустима или нецелесообразна, либо восстановление их работоспособного состояния невозможно или нецелесообразно.
3.21 признанное классификационное общество (recognized classification society): Член Международной ассоциации классификационных обществ, имеющий признанную и соответствующую компетенцию и опыт работ с плавучими сооружениями для морских операций в соответствии с общепринятыми правилами и процедурами, применяемыми в морской нефтегазодобыче.
3.22 пространственная система позиционирования (spread station keeping system): Система позиционирования, в которой непрерывное удержание плавучего сооружения над заданной точкой обеспечивается необходимым количеством якорных линий, коренные концы которых закреплены к сооружению, а якорные концы к якорям, установленным на поверхность морского дна или заглубленным в грунт морского дна.
3.23 расчетная ситуация (design situation): Учитываемый в расчете комплекс возможных условий, определяющих расчетные требования к строительным конструкциям, системам инженерно-технического обеспечения и частям указанных конструкций и систем.
3.24 расчетный критерий предельных состояний (design criteria for limit state): Соотношение, определяющее условие реализации предельного состояния.
3.25
|
расчетный срок службы (design service life): Принятый период времени, в течение которого конструкцию будут использовать по назначению с предусмотренным техническим обслуживанием. [ГОСТ Р 54483-2011, статья 3.30] |
|
3.26 репрезентативное значение (representative value): Одно из множества значений, наиболее близко характеризующее необходимый параметр, используемый при расчетах по предельным состояниям. |
3.27 система динамического позиционирования (dynamic positioning system): Система позиционирования, в которой непрерывное удержание плавучего сооружения над заданной точкой обеспечивается работой движителей и средств активного управления.
3.28 система позиционирования (stationkeeping system): Система непрерывного удержания плавучего сооружения над заданной точкой, в том числе с заданным курсом, ограничением перемещений в заданных пределах и обеспечением условий для выполнения технологических процессов при помощи якорей, якорных линий, натяжных связей, работы средств активного управления или комбинацией указанных способов.
3.29 система позиционирования с натянутыми якорными линиями (taut-line stationkeeping system): Пространственная система позиционирования, в которой непрерывное удержание плавучего сооружения над заданной точкой обеспечивается за счет упругой деформации предварительно натянутых якорных линий.
3.30 система позиционирования с провисающими якорными линиями (catenary stationkeeping system): Пространственная система позиционирования, в которой непрерывное удержание плавучего сооружения над заданной точкой обеспечивается распределенной массой якорных линий.
3.33 статистически значимое значение (significant value): Значение, вероятность случайного возникновения которого или еще более крайних величин ничтожно мала.
3.34 стационарная система позиционирования (permanent stationkeeping system): Система позиционирования плавучего сооружения, устанавливаемого на месторождении на весь период его эксплуатации.
|
3.35 судно технического флота (technical fleet vessel): Судно, предназначенное для выполнения строительно-монтажных и (или) ремонтных работ при обустройстве, эксплуатации, ликвидации объектов обустройства месторождения. |
3.36 техническое обслуживание (maintenance): Комплекс мероприятий, выполняемых в течение расчетного срока службы сооружения (конструкции) для обеспечения его пригодности к использованию.
3.37 пригодность к использованию (fit-for-purpose): Соответствие требованиям действующих нормативных документов с учетом обеспечения общей целостности, безопасности эксплуатации и охраны окружающей среды.
|
3.38 частота дискретизации (sampling rate): Число отсчетов измеряемого сигнала в единицу времени. |
3.39
|
эффект воздействия (action effect): Реакция (внутренние усилия, напряжения, перемещения, деформации) строительных конструкций на внешние воздействия. [ГОСТ 27751-2014, статья 2.2.14] |
4 Обозначения
В настоящем стандарте использованы следующие обозначения:
С - коэффициент (безразмерный, если не указано иное);
D - годовое усталостное повреждение, год-1;
d - диаметр кантата или калибр цепи якорной линии, м;
F - прямое воздействие, Н, либо прямое воздействие на единицу длины, Н/м;
f - частота, Гц;
K - постоянная усталости (безразмерная, если не указано иное);
k - осевая жесткость, Н/м;
L - расчетный срок службы, лет;
l - длина, м;
М - масса, кг;
m - обратный уклон кривых усталости T-N или S-N;
N - общее количество допустимых циклов;
n - количество циклов в год, год-1;
Р - вероятность возникновения события;
S - перемещение, м;
SR - размах напряжений, МПа;
s - стандартное отклонение;
Т - натяжение, Н, или безразмерный диапазон натяжения;
t - время, период или продолжительность, с;
v - скорость, м/с;
W - вес погруженной части элемента системы позиционирования, Н, или вес на единицу длины, Н/м;
Г - гамма-функция;
- расчетный коэффициент безопасности;
- параметр частотного диапазона применительно к частоте волн;
- годовая ползучесть металла, % в год;
- отношение стандартного отклонения вариантов натяжения от среднего значения к эталонному разрывному усилию;
- плотность, кг/м3.
5 Сокращения
В настоящем стандарте использованы следующие сокращения:
ИМО - международная морская организация;
МНГС - морское нефтегазопромысловое сооружение;
НПА - необитаемый подводный аппарат;
ПКО - признанное классификационное общество;
ПНК - плавучий нефтегазодобывающий комплекс;
ППБУ - полупогружная плавучая буровая установка;
РМРС - Российский морской регистр судоходства;
ALS (accidental limit state) - предельное состояние по критериям аномальных воздействий и аварийных ситуаций;
ASTM (American society for testing and materials) - Американское общество по материалам и их испытаниям;
CALM (catenary anchor leg mooring) - одноточечный плавучий причал с провисающими якорными линиями;
DSS (direct simple shear) - прямой простой сдвиг;
FLS (fatigue limit state) - предельное состояние по критерию усталостной прочности;
FMEA (failure modes and effects analysis) - анализ видов и последствий отказов;
FOS (factor of safety) - коэффициент безопасности;
FPSO (floating production, storage and offloading unit) - ПНК, предназначенный для приема, подготовки, хранения и отгрузки продукции;
FSO (floating storage and offloading unit) - ПНК, предназначенный для приема, хранения и отгрузки продукции);
IMCA (International Marine Contractors Association) - Международная ассоциация морских подрядчиков;
MDS (mooring design states) - расчетные состояния системы позиционирования;
SALM (single anchor leg mooring) - одноточечный плавучий причал с одной якорной линией;
SEPLA (suction embedded plate anchor) - плитовидный якорь, заглубляемый вакуумным толкателем;
SLS (serviceability limit state) - предельное состояние по критериям пригодности к нормальной эксплуатации;
ULS (ultimate limit state) - предельное состояние по критериям несущей способности.
6 Общие положения
6.1 Функциональные требования
Назначением системы позиционирования является удержание плавучего сооружения над заданной точкой с ограничением перемещений в заданных пределах и обеспечением нормальных условий для выполнения технологических процессов.
Ограничения по горизонтальным перемещениям и ориентации плавучего сооружения устанавливаются заказчиком в задании на проектирование или определяются при проектировании системы позиционирования в целях обеспечения:
- безопасности персонала;
- защиты окружающей среды;
- устойчивости и эксплуатационной надежности плавучего сооружения;
- эксплуатационной надежности оборудования верхних строений;
- целостности и эксплуатационной надежности буровых, добывающих, транспортных или других типов райзеров;
- зазоров безопасности до расположенных рядом других сооружений и обеспечения доступа подводным и надводным частям сооружений для контроля и осмотра;
- иных требований к позиционированию плавучих сооружений.
Соответствие проектируемой системы позиционирования указанным требованиям обеспечивают применением методов последовательного анализа, изложенных в разделах 9 и 10, и удовлетворением расчетных критериев, представленных в разделе 11. Внешние воздействия на плавучее сооружение, вызывающие эффекты воздействия, такие как натяжение якорных линий, перемещение сооружения и усилия на якорях, должны быть оценены для всех допустимых расчетных ситуаций и сопоставлены с сопротивлением системы позиционирования и ее элементов для определения запаса прочности сопротивления разрыву якорных линий, исключения превышения допустимых перемещений сооружения, сползания якорей или возникновения других нежелательных событий.
Дополнительная информация и рекомендации приведены в А.5.1 (приложение А).
6.2 Требования безопасности
Безопасность жизни и здоровья персонала, сохранность имущества и охрана окружающей среды должны быть основными принципами проектирования систем позиционирования и обеспечиваться выполнением следующих мероприятий:
- проектированием и оценкой систем позиционирования с учетом воздействий окружающей среды или других внешних воздействий, которые могут возникнуть в период расчетного срока службы плавучих сооружений и систем их позиционирования;
- проектированием и оценкой систем позиционирования с учетом условий площадки установки в период постановки судов технического флота;
- разработкой безопасных процедур эксплуатации в целях выявления и минимизации рисков травматизма персонала;
- идентификацией и оценкой вероятных опасных событий и снижения их последствий;
- выполнением оценки риска для исключения возможных отказов, создающих угрозу жизни персонала или нарушению конструктивной целостности;
- выполнением требований безопасности, изложенных в [3].
Данные мероприятия выполняют при проектировании систем позиционирования, их оценке, а также при разработке принципов их эксплуатации.
Дополнительная информация и рекомендации приведены в А.5.2 (приложение А).
6.3 Требования к инжинирингу
Работы в области инжиниринга выполняют до начала работ по проектированию или оценке систем позиционирования в целях обеспечения способности системы выполнять свое назначение в соответствии с функциональными требованиями, изложенными в 6.1. Инжиниринг должен включать определение всех условий и критериев в соответствии с общими требованиями и условиями, изложенными в ГОСТ Р 54483.
6.4 Требования к инспектированию и техническому обслуживанию
В дополнение к требованиям, изложенным в 6.3, на этапе планирования разрабатывают и документируют основополагающие принципы инспектирования и технического обслуживания, обеспечивающие поддержание конструктивной целостности систем позиционирования и их эксплуатационной надежности на протяжении расчетного срока службы. Оценку способности систем позиционирования выполнять свое функциональное назначение подтверждают посредством проведения инспектирования и технического обслуживания. Требования к инспектированию и техническому обслуживанию представлены в разделе 13.
6.5 Инструменты анализа
Последовательный анализ систем позиционирования следует выполнять по методикам, изложенным в настоящем стандарте. Реализация методик анализа также может быть выполнена на базе апробированных программных комплексов с подтвержденными результатами данных.
7 Общие требования к проектированию
7.1 Классы сооружений по требованиям стойкости к внешним воздействиям
7.1.1 Общие сведения
Определение соответствующих расчетных ситуаций и расчетных критериев для конкретных плавучих сооружений, имеющих различные габаритные размеры, уровни технической и технологической сложности, функциональное назначение, численность размещаемого персонала, возможные опасности и т.д., должно осуществляться согласно концепции классов сооружений по требованиям стойкости к внешним воздействиям.
В соответствии с данной концепцией плавучее сооружение, размещенное на конкретной площадке установки, характеризуется определенным классом сооружения по требованиям стойкости к внешним воздействиям. Каждому классу сооружения по требованиям стойкости к внешним воздействиям соответствуют расчетные ситуации и расчетные критерии применительно к назначению данного сооружения.
Для конкретного плавучего сооружения класс по требованиям стойкости к внешним воздействиям определяется с учетом безопасности жизнедеятельности персонала и последствий возможных отказов. Безопасность жизнедеятельности напрямую зависит от расчетной численности персонала, обслуживающего сооружение, в условиях эксплуатационных параметров окружающей среды. Последствия возможных отказов относятся к потенциальному риску, создающему угрозу жизни персонала при возникновении опасного события, потенциальному риску нанесения ущерба окружающей среде и потенциальному риску экономических потерь.
Описываемая концепция классов сооружений по требованиям стойкости к внешним воздействиям и представленные формулировки распространяются только на плавучие морские нефтегазопромысловые сооружения, представленные в перечислении а) раздела 1.
Определение классов сооружений по требованиям стойкости к внешним воздействиям применительно к плавучим сооружениям изложено в [3].
Дополнительная информация и рекомендации приведены в А.6.1 (приложение А).
7.1.2 Классы систем позиционирования по требованиям стойкости к внешним воздействиям
Классы стационарных систем позиционирования по требованиям стойкости к внешним воздействиям не принимают ниже классов плавучих сооружений по требованиям стойкости к внешним воздействиям, удерживаемых данными системами.
7.2 Предельные состояния
7.2.1 Общие сведения
Общие принципы проектирования МНГС представлены в ГОСТ Р 54483. Эксплуатационные характеристики МНГС в целом или его частей проверяют на определенные предельные состояния, при превышении которых конструкция перестает удовлетворять расчетным требованиям.
Для каждого предельного состояния определяют соответствующие расчетные ситуации, модели расчетов, расчетные критерии и выполняют адекватные процедуры с целью верификации соответствия требованиям к проектированию.
7.2.2 Предельные состояния для систем позиционирования
При проектировании рассматривают четыре категории предельных состояний в соответствии с требованиями ГОСТ Р 54483:
- ULS - предельные состояния по критериям несущей способности;
- SLS - предельные состояния по критериям пригодности к нормальной эксплуатации;
- FLS - предельные состояния по критериям усталостной прочности;
- ALS - предельные состояния по критериям аномальных воздействий и аварийных ситуаций.
Дополнительная информация и рекомендации приведены в А.6.2.2 (приложение А).
7.3 Определение расчетных ситуаций
Для обеспечения функционирования систем позиционирования на протяжении расчетного срока службы при определении расчетных ситуаций должны быть учтены:
- функциональное назначение системы позиционирования;
- эксплуатационные требования к системе позиционирования;
- расчетный срок службы;
- опасные факторы, которые могут угрожать системе позиционирования и плавучему сооружению, которое она удерживает;
- потенциальные последствия частичного или полного отказа системы позиционирования;
- природно-климатические особенности расположения площадки установки.
7.4 Расчетные ситуации
7.4.1 Общие сведения
Определение и использование параметров гидрометеорологических условий площадки установки для проектирования систем позиционирования осуществляют в соответствии с требованиями настоящего пункта стандарта и нормативных положений ГОСТ Р 54483 и ГОСТ Р 57148.
Расчетные ситуации должны включать в себя все требования по техническому обслуживанию и эксплуатации, которые необходимы для обеспечения функционирования плавучего сооружения и условий окружающей среды, которые могут отрицательно воздействовать на систему позиционирования в соответствии с ГОСТ Р 54483.
При проектировании систем позиционирования плавучих сооружений учитывают воздействия внешних условий окружающей среды с характерными периодами повторяемости (ветер, волны, течения, морской лед, снег и обледенение) на плавучее сооружение, райзеры или на систему позиционирования.
В случае отсутствия данных по условиям окружающей среды на площадке установки возможно применение экстремальных значений для конкретных географических зон, представленных в ГОСТ Р 57148. Данные значения являются усредненными и применимыми для стадий предпроектных проработок. Перед использованием указанных данных заказчик должен проанализировать их достоверность, а в случае необходимости на завершающей стадии проектирования заменить их на фактические данные по условиям окружающей среды на площадке установки и передать проектанту.
Критерии, которым должен удовлетворять проект, могут напрямую быть связаны с конкретными формулировками расчетных ситуаций. В этом случае расчетные ситуации, процесс вычислений и расчетные критерии будут связаны между собой и не должны отделяться один от другого.
Для стационарных систем позиционирования расчетные ситуации, перечисленные ниже, относятся к системам позиционирования для плавучих сооружений с классом сооружения по требованиям стойкости к внешним воздействиям L1 в соответствии с [3].
7.4.2 Расчетные ситуации для предельного состояния по критериям несущей способности ULS
7.4.2.1 Общие сведения
Параметры проектирования с учетом воздействий внешних условий окружающей среды разрабатывают на основе данных по гидрометеорологическим условиям на площадке установки. Для стационарных систем позиционирования плавучих сооружений данные условия представлены в 7.4.2.2, для мобильных систем позиционирования в 7.4.2.3.
Дополнительная информация и рекомендации приведены в А.6.4.2.1 (приложение А).
7.4.2.2 Стационарные системы позиционирования
7.4.2.2.1 Общие сведения
Для стационарных систем позиционирования период повторяемости параметров, характеризующих условия окружающей среды на площадке установки, должен в несколько раз превышать срок службы системы позиционирования.
Параметры, характеризующие условия окружающей среды на площадке установки, характерные для предельного состояния ULS в настоящем стандарте, должны основываться на периоде повторяемости один раз в 100 лет, за исключением случаев, указанных ниже.
Дополнительная информация и рекомендации приведены в А.6.4.2.2 (приложение А).
7.4.2.2.2 Стационарные системы позиционирования с коротким расчетным сроком службы
Если расчетный срок службы системы позиционирования составляет менее 20 лет, то возможно применение параметров, характеризующих расчетные ситуации при периоде повторяемости менее 100 лет. В таких случаях период повторяемости должен определяться посредством оценки рисков, учитывая возможные последствия отказа системы позиционирования.
Дополнительная информация и рекомендации приведены в А.6.4.2.2 (приложение А).
7.4.2.2.3 Стационарные системы позиционирования, рассчитанные на отсоединение
Системы позиционирования могут быть рассчитаны на отсоединение от плавучего сооружения в случае определенных неблагоприятных природных явлений, например воздействия айсбергов или ураганов. Воздействия на плавучее сооружение от таких неблагоприятных явлений при проектировании по предельным состояниям по критериям несущей способности (ULS) могут игнорироваться в следующих случаях:
- удовлетворены условия предельного состояния по критериям аномальных воздействий и аварийных ситуаций (ALS), которые представляют собой неблагоприятное природное явление в сочетании с отказом безопасного отсоединения;
- одновременная вероятность наступления неблагоприятного воздействия окружающей среды и отказа отсоединения системы позиционирования составляет менее чем 10-4 в год.
Кроме того, конструкция системы позиционирования также должна быть верифицирована в отношении расчетной ситуации ULS, которая будет состоять из воздействий волн, ветра, течения и льда (при наличии) на систему позиционирования по отдельности (то есть без плавучего сооружения).
Дополнительная информация и рекомендации приведены в А.6.4.2.2 (приложение А).
7.4.2.2.4 Стационарные системы позиционирования в непосредственной близости от других сооружений
При проектировании стационарных систем позиционирования, располагающихся в непосредственной близости от других сооружений, применяют параметры условий окружающей среды с увеличенным периодом повторяемости, в целях учета возможных последствий контактов с объектами обустройства, расположенными на поверхности воды, под водой или на поверхности морского дна.
Дополнительная информация и рекомендации приведены в А.6.4.2.2 (приложение А).
7.4.2.2.5 Состояние резервного функционирования стационарных систем позиционирования
Стационарные системы позиционирования проектируют с достаточным запасом прочности, чтобы они могли выдерживать соответствующие расчетные ситуации (см. 7.4.2.2.1-7.4.2.2.4) даже после обрыва любой одной якорной линии или отказа одного или нескольких движителей, что соответствующим образом оценивается в рамках FMEA. Это может быть последствием случайного обрыва, планового техобслуживания или локального отказа.
Дополнительная информация и рекомендации приведены в А.6.4.2.2 (приложение А).
7.4.2.3 Мобильные системы позиционирования
7.4.2.3.1 Мобильные системы позиционирования, удаленные от других сооружений
При проектировании мобильных систем позиционирования, удаленных от других сооружений, используют параметры условий окружающей среды с периодом повторяемости не менее одного раза в пять лет.
Должен выполняться анализ рисков, в ходе которого исследуются различные отказы систем позиционирования, чтобы оценить последствия их отказа и продемонстрировать, что риск, обусловленный потерей положения над заданной точкой, является приемлемым.
Дополнительная информация и рекомендации приведены в А.6.4.2.3.1 (приложение А).
7.4.2.3.2 Мобильные системы позиционирования в непосредственной близости от других сооружений
При проектировании мобильных систем позиционирования, располагающихся в непосредственной близости от других сооружений, используют параметры условий окружающей среды с периодом повторяемости не менее одного раза в 10 лет, для учета возможных последствий контактов с объектами обустройства, расположенными на поверхности воды, под водой или на поверхности морского дна.
Дополнительная информация и рекомендации приведены в А.6.4.2.3.2 (приложение А).
7.4.2.3.3 Состояние резервного функционирования мобильных систем позиционирования
Мобильные системы позиционирования следует проектировать с достаточным запасом прочности, чтобы они могли выдерживать соответствующие расчетные ситуации (см. 7.4.2.3.1 и 7.4.2.3.2) даже после обрыва одной из якорных линий или отказа одного или нескольких движителей, что соответствующим образом оценивается в рамках FMEA. Это может быть последствием случайного обрыва, планового техобслуживания или локального отказа.
7.4.3 Расчетные ситуации для предельного состояния по критериям пригодности к нормальной эксплуатации SLS
Расчетные ситуации для предельного состояния SLS следует принимать непосредственно при проектировании либо определять исходя из процентной доли времени нахождения плавучего сооружения на площадке установки, где будет осуществляться эксплуатация в соответствии с его функциональным назначением.
Дополнительная информация и рекомендации приведены в А.6.4.3 (приложение А).
7.4.4 Расчетные ситуации для предельного состояния по критериям усталостной прочности FLS
Расчетные ситуации для предельного состояния FLS определяют для условий окружающей среды, характеризующихся следующими параметрами:
- периодом, высотой и направлением волнения;
- скоростью и направлением ветра;
- скоростью, профилем и направлением течения (см. 9.3.5.5 по аспектам перемещений, вызываемых вихреобразованием);
- частотой возникновения каждого параметра окружающей среды.
Эти параметры должны соответствовать долговременным статистическим данным для рассматриваемого региона.
Дополнительная информация и рекомендации приведены в А.6.4.4 (приложение А).
7.4.5 Расчетные ситуации для предельного состояния по критериям аномальных воздействий и аварийных ситуаций ALS
Никаких событий ALS не указывается в отношении систем позиционирования в настоящем стандарте, за исключением событий, которые применяются, если это уместно. Тем не менее учитывают выполнение оценки в зависимости от конкретных условий площадки установки для установления характера и вероятности возможных расчетных ситуаций ALS, например контакта с айсбергом. Опасные события с повторяемостью, превышающей 10 000 лет, могут не учитываться.
Дополнительная информация и рекомендации приведены в А.6.4.5 (приложение А).
8 Воздействия
8.1 Общие сведения
В настоящем разделе рассматривают основные воздействия окружающей среды, которые учитывают при проектировании систем позиционирования. При проектировании учитывают перемещения плавучих сооружений, которые оказывают наибольшее влияние на конструктивные решения по системам позиционирования, а также принимают во внимание внешние воздействия, оказываемые непосредственно на плавучие сооружения, которые в свою очередь приводят к косвенным воздействиям на системы позиционирования.
8.2 Требования к гидрометеорологическим и геологическим данным площадок установки
8.2.1 Сбор и анализ данных
Внешние условия окружающей среды, такие как воздействия ветра, волн, течений и приливно-отливных явлений, являются уникальными для каждой площадки установки. Совместное распределение вероятности, описывающее эти воздействия, следует учитывать при разработке аналитических и статистических моделей, предназначенных для прогноза воздействий и их последствий.
При сборе данных, где следует учитывать совместное распределение, необходимо соблюдать осторожность для сохранения соответствующей информации. Особое значение придается ветру/волнам, высоте волн/периоду волнения, а также взаимной связи волн/течения и их характеристикам абсолютной, а также относительной направленности.
Существуют регионы, характеризуемые особыми гидрометеорологическими условиями, которые в недостаточной мере представлены параметрами с определенными периодами повторяемости. Например, некоторые регионы с мягким климатом могут подвергаться воздействию внезапных штормов, таких как шквалы, а другие регионы могут подвергаться воздействию периодических сильных течений. В этих случаях для стадий предпроектных проработок возможно применение гидрометеорологических параметров регионов, имеющих схожие условия окружающей среды.
Характеристики воздействий окружающей среды, определяющие расчетные ситуации в отношении мобильных систем позиционирования, устанавливают на основе ежегодных статистических данных. Тем не менее если сезон эксплуатации четко определен и сезонных природных данных вполне достаточно для обеспечения значимой статистической информации, то эти характеристики могут быть определены на основе сезонных данных.
Для выполнения расчетов на усталость должны быть собраны данные по волнению, течению и ветрам в соответствии с 7.4.4.
Дополнительные требования, описывающие характер информации и процедуры сбора данных, приведены в ГОСТ Р 57148.
Дополнительная информация и рекомендации приведены в А.7.2.1 (приложение А).
8.2.2 Глубина моря
Расчетная глубина моря для системы позиционирования в месте нахождения каждого якоря должна учитывать возможные изменения уровня моря вследствие приливно-отливных колебаний и штормовых сгонно-нагонных явлений.
8.2.3 Грунтовые условия и профиль морского дна
Для получения данных для проектирования мобильных и стационарных систем позиционирования с якорными линиями на площадках установки плавучих сооружений необходимо выполнить инженерно-геологические изыскания в целях исследования грунтов поверхности морского дна. Уклон поверхности морского дна также должен учитываться при выполнении анализа системы позиционирования.
Дополнительная информация и рекомендации приведены в А.7.2.3 (приложение А).
8.2.4 Статистические данные по волнам
При проектировании систем позиционирования для расчетных ситуаций необходимо установить зависимости высот волн от их периодов и направлений на основе гидрометеорологических данных по площадке установки плавучего сооружения.
Дополнительная информация и рекомендации приведены в А.7.2.4 (приложение А).
8.2.5 Статистические данные по ветру
В отношении исследуемой площадки на основе гидрометеорологических данных необходимо точно определить скорости и направления ветра.
Дополнительная информация и рекомендации приведены в А.7.2.5 (приложение А).
8.2.6 Профили течений
В отношении исследуемой площадки на основе гидрометеорологических данных необходимо точно определить скорость и направление течения. Надлежащий учет воздействия профилей течения на линии/райзеры часто требуется для более подробных и достоверных аналитических представлений.
Дополнительная информация и рекомендации приведены в А.7.2.6 (приложение А).
8.2.7 Снег и обледенение
При проектировании систем позиционирования для эксплуатации в условиях, где возможно выпадение снега, образование льда, обледенение, вызываемое морскими брызгами, замерзающим дождем, моросью и туманом, эти воздействия необходимо учитывать. Обледенение элементов, расположенных в надводной части, плавучих сооружений может увеличить их размер, что приведет к существенному увеличению ветрового воздействия и весовой нагрузки. В особенности это относится к элементам, имеющим большое отношение длины к поперечному размеру (например, факельные стрелы, грузоподъемное оборудование, буровые вышки и др.).
Нагрузки от воздействий снега и обледенения необходимо учитывать в соответствии с требованиями ГОСТ Р 54483 и ГОСТ Р 57555.
|
8.2.8 Морской лед Нагрузки от воздействий морского льда на якорные линии, корпуса плавучих сооружений могут существенно превышать нагрузки от воздействий волн. Особенностями воздействий морского льда являются: - действие на протяжении продолжительного времени; - сравнительно высокие частоты воздействия, что приводит к возникновению вибраций в сооружениях; - образование нагромождений льда. При прочностных расчетах систем позиционирования следует учитывать наличие перечисленных ниже воздействий: - поступательные ускорения вследствие воздействий морского льда; - угловые ускорения вследствие наклона и вращения корпуса плавучего сооружения; - поворот плавучего сооружения вследствие вращения и наклона с последующим изменением направления воздействий. Положения по определению ледовых нагрузок приведены в ГОСТ Р 57148. |
8.2.9 Обрастание морскими организмами
Тип и скорость обрастания морскими организмами на площадке установки может оказывать влияние на массы, геометрические размеры и коэффициенты сопротивления элементов плавучего сооружения и якорных линий. Это необходимо учитывать при проектировании стационарных систем позиционирования, которые не будут подвергаться регулярной очистке от обрастания морскими организмами.
8.3 Внешние воздействия окружающей среды на якорные линии
8.3.1 Общие сведения
В настоящем разделе суммируются методы оценки прямых воздействий окружающей среды на якорные линии. Якорные линии, как правило, моделируются в качестве узких цилиндрических деталей. Прямое воздействие волн на линии не учитывают.
8.3.2 Воздействия течений
При проектировании систем позиционирования учитывают воздействия течений на якорные линии. Воздействие течений на якорные линии рассчитывают по формуле
,
(1)
где F - прямое воздействие на единицу длины, перпендикулярное к якорной линии, Н/м;
- плотность морской воды, кг/м3;
- коэффициент сопротивления в соответствии с правилами ПКО;
d - диаметр кантата или калибр цепи якорной линии, м;
v - составляющая скорости течения, перпендикулярная к рассматриваемой якорной линии, м/с.
В районах с высокими скоростями течения коэффициенты сопротивления должны учитывать наличие вибраций, вызываемых вихреобразованием.
8.3.3 Воздействия льда
На акваториях с ледовым режимом в условиях низких температур воздуха, где возможно обледенение и образование льда, воздействия на систему позиционирования следует определять в соответствии с ГОСТ Р 57148.
|
8.3.3.1 Управление ледовой обстановкой Для систем позиционирования плавучих сооружений, эксплуатирующихся на акваториях с ледовым режимом, необходимо разрабатывать систему управления ледовой обстановкой, представляющую собой комплекс мероприятий, целью которых является снижение интенсивности или полное исключение воздействия со стороны ледяных образований на якорные линии и сооружения. |
8.3.4 Вибрации якорных линий, вызываемые вихреобразованием
Для гладких цилиндрических якорных линий необходимо учитывать вероятность возникновения вибраций, вызываемых вихреобразованием, и их способности оказывать влияние на коэффициент сопротивления.
Дополнительная информация и рекомендации приведены в А.7.3.3 (приложение А).
8.4 Косвенные воздействия
8.4.1 Общие сведения
Перемещения плавучих сооружений являются основными косвенными воздействиями на системы позиционирования. Подробная информация по расчетам воздействия окружающей среды на плавучие сооружения представлена в [3].
8.4.2 Частотные диапазоны
Для оценки эффекта воздействий окружающей среды, а иногда для учета их относительного влияния, воздействия окружающей среды на плавучие сооружения можно подразделить на категории следующим образом, в зависимости от их диапазона частот:
- установившиеся воздействия, такие как воздействия ветра, течения и волнового дрейфа, которые являются постоянными по величине и направлению в интересующем промежутке времени;
- низкочастотные циклические воздействия (часто называемые медленный дрейф) с характерными периодами продолжительностью от 1 до 10 мин, которые обычно вызывают возбуждение динамических колебаний плавучих сооружений в дополнение к их собственным колебаниям при продольно-горизонтальной качке, поперечно-горизонтальной качке и рыскании. Для плавучих сооружений на натяжных связях с цилиндрическим корпусом типа "spar" указанные воздействия также могут вызывать возбуждение динамических колебаний в дополнение к их собственным колебаниям при килевой и бортовой качках;
- циклическое воздействие с частотой волн с характерными периодами от 3 до 30 с.
8.4.3 Воздействия волн
Воздействие волн (установившееся, низкочастотное, а также с частотой волн) определяют при помощи соответствующих аналитических и эмпирических методов или модельных испытаний, учитывающих влияние фактических глубин моря на площадке установки. Аналитические и эмпирические методы должны охватывать явления волновой дифракции, радиально расходящихся цилиндрических волн, а также гидродинамику гибких тел.
Поскольку период волнения может оказывать значительное влияние на дрейф плавучего сооружения, то необходимо исследовать периоды волнений в соответствии с А.7.2.4 (приложение А).
Необходимо исследовать взаимодействие между течением и волнами. Это включает в себя изменение частот, свойственных волнам, на кажущиеся частоты волн (см. ГОСТ Р 57148), а также изменение величины воздействия волн.
Дополнительная информация и рекомендации приведены в А.7.4.3 (приложение А).
8.4.4 Воздействия ветра
Необходимо исследовать коэффициенты сопротивления с помощью испытаний в аэродинамической трубе и (или) инструментария для эмпирического анализа в соответствии с [3]. Постоянное воздействие ветра с конкретного направления должно включать в себя все три горизонтальные составляющие сил и крутящего момента, действующих на плавучее сооружение (Fx, Fy, Mz), используя коэффициенты воздействия ветра, определенные на основе модельных испытаний или расчетов. Для плавучих сооружений на натяжных связях с цилиндрическим корпусом типа "spar" крутящие моменты килевой и бортовой качек имеют важное значение, так как средние углы килевой и бортовой качек также будут влиять на коэффициенты воздействия ветра при продольно-горизонтальной качке, поперечно-горизонтальной качке и рыскании (вращательные колебательные перемещения относительно вертикальной оси).
Для представления воздействия ветра с установившейся и низкой частотой применяют два аналитических подхода в соответствии с [3]:
a) ветер рассматривают в качестве постоянного с точки зрения направления и скорости, которая берется равной осредненной за 1 мин;
b) ветер моделируют по установившемуся компоненту на основе среднего значения скорости в течение 1 ч и изменяющемуся по времени компоненту, определяемому на основе пригодного эмпирического спектра порывов ветра, см. ГОСТ Р 57148.
Расчетную скорость ветра следует определять на высоте 10 м над уровнем моря (спокойной воды).
Для стационарных систем позиционирования в условиях предельного состояния ULS следует использовать подход b); подход а) также допускается использовать при условии, что он покажет более консервативные результаты. Тем не менее для предельного состояния FLS следует использовать подход b), поскольку эффект воздействия ветра (изменяющегося во времени) на плавучее сооружение может повлиять на значение низкочастотных циклов натяжения якорных линий.
Для мобильных систем позиционирования допускается использовать оба аналитических подхода.
Для площадок установки плавучих сооружений, на которые обрушаются шквалы, применение концепции ветрового спектра невозможно. Должен выполняться анализ соответствующих воздействий и эффектов воздействий ветра с использованием данных многолетних измерений скорости ветра.
Дополнительная информация и рекомендации приведены в А.7.4.4 (приложение А).
8.4.5 Воздействия течений
Воздействия течений (установившихся или низкочастотных) на крупногабаритные плавучие сооружения определяют посредством модельных испытаний и (или) инструментария эмпирического анализа. Воздействия течений на элементы большого удлинения, включая райзеры, могут быть определены по формуле (1) (см. 8.3.2).
Дополнительная информация и рекомендации приведены в А.7.4.5 (приложение А).
8.4.6 Распределение по направлениям
Перемещения плавучих сооружений, которые учитывают при проектировании систем позиционирования, должны быть оценены для самых неблагоприятных сочетаний направлений воздействий ветра, волн и течений, которые соответствуют гидрометеорологическим характеристикам площадки установки. Также необходимо принимать во внимание способность плавучих сооружений изменять курс постановки и параметры перемещений в ответ на изменение направлений внешних воздействий окружающей среды.
Дополнительная информация и рекомендации приведены в А.7.4.6 (приложение А).
8.4.7 Перемещения плавучих сооружений, вызываемые вихреобразованием
Плавучие сооружения, состоящие из цилиндрических элементов большого диаметра, такие как плавучие сооружения на натяжных связях с цилиндрическим корпусом типа "spar" и ППБУ, могут испытывать низкочастотные колебания, вызываемые вихреобразованием в присутствии течений. Эти колебания являются наиболее заметными на плавучих сооружениях на натяжных связях с цилиндрическим корпусом типа "spar", на которых был получен наибольший опыт эксплуатации плавучих сооружений. Тем не менее многоколонные плавучие сооружения, такие как ППБУ, также могут испытывать воздействие вихреобразования, и эффект от таких перемещений должен учитываться при проектировании.
Перемещения, вызываемые вихреобразованием, воздействуют на конструкцию системы позиционирования по трем аспектам:
a) средний согласованный коэффициент сопротивления выше, чем его значение было бы при отсутствии перемещений, вызываемых вихреобразованием;
b) низкочастотные колебания, вызываемые вихреобразованием, могут быть статистически значимыми с точки зрения общей реакции плавучего сооружения;
с) перемещения, вызываемые вихреобразованием, могут вызвать дополнительные низкочастотные колебания, натягивающие якорные линии.
Дополнительная информация и рекомендации приведены в А.7.4.7 (приложение А).
9 Анализ систем позиционирования
9.1 Общие требования
9.1.1 Введение
Анализ систем позиционирования выполняется с целью прогнозирования экстремальных значений эффектов воздействий (максимальных или минимальных, в зависимости от ситуации), таких как перемещения плавучего сооружения, натяжения якорных линий и изменение усилий на якоре под влиянием природных и других воздействии (воздействия райзеров, нагрузки от пришвартованных судов и т.д.). Экстремальные значения эффектов воздействий необходимо сопоставлять с расчетными критериями, приведенными в разделе 11.
Натяжение якорных линий часто можно регулировать принудительно по эксплуатационным причинам и (или) в преддверии наступления неблагоприятных природных явлений. Для анализа расчетных ситуаций ULS моделирование конфигурации системы позиционирования плавучего сооружения должно отражать такую регулировку. Тем не менее моделирование активной регулировки натяжения якорных линий при анализе расчетных ситуаций учитывать не стоит.
Значение диаметра кантата или калибра цепи якорной линии, применяемое при анализе якорных линий, должно представлять собой номинальное значение (т.е. без вычетов на коррозию или износ), если ниже не указано иное.
9.1.2 Анализируемые состояния
9.1.2.1 Общие сведения
Анализ систем позиционирования выполняют в соответствии с 9.8 для неповрежденного состояния, состояния резервного функционирования и переходного состояния. Описание анализируемых состояний для комбинированных систем позиционирования (с якорными линиями и средствами активного управления) представлено в 9.9.2.
Посадочные допуски на установку якоря и длину линии учитывают в конструкции системы позиционирования.
9.1.2.2 Неповрежденное состояние
Это состояние, при котором все якорные линии не повреждены, а все движители и средства активного управления находятся в рабочем состоянии.
9.1.2.3 Состояние резервного функционирования
Это состояние, при котором плавучее сооружение находится в новой позиции после обрыва одной якорной линии или отказа одного или нескольких движителей, что необходимо оценить в рамках выполнения анализа видов и последствий отказов (FMEA).
В рамках анализа системы позиционирования в состоянии резервного функционирования необходимо выполнить процесс идентификации и оценки рисков.
9.1.2.4 Переходное состояние
Это состояние, при котором плавучее сооружение испытывает переходные колебания между неповрежденным состоянием и состоянием резервного функционирования, включая возможность превышения, как результата обрыва отдельной якорной линии, так и отказа одного или нескольких движителей, что необходимо оценить в рамках FMEA.
9.1.2.5 Рекомендуемые методы анализа и анализируемые состояния
Рекомендуемые методы анализа систем позиционирования и анализируемые состояния приведены в таблице 1.
Таблица 1 - Рекомендуемые методы анализа и анализируемые состояния
|
Тип системы позиционирования |
Предельное состояние |
Анализируемое состояние |
Метод анализа |
|
Стационарная система позиционирования |
ULS |
Неповрежденное/резервного функционирования |
Динамический |
|
Переходное 1) |
Квазистатический или динамический |
||
|
FLS |
Неповрежденное |
Динамический |
|
|
SLS |
Нет требований |
Нет требований |
|
|
Мобильная система позиционирования |
ULS |
Неповрежденное/резервного функционирования |
Квазистатический или динамический |
|
Квазистатический или динамический |
|||
|
FLS |
Не требуется |
Не предусмотрен |
|
|
SLS |
Нет требований |
Нет требований |
|
|
1) Применимо лишь в случае, если другое МНГС находится в непосредственной близости от системы позиционирования. 2) Применимо для МНГС, осуществляющих бурение на глубоководных участках, где в переходном состоянии возможны чрезмерные перемещения, которые могут вызвать развинчивание соединительных элементов райзеров. | |||
Методы анализа систем позиционирования в условиях перемещений плавучих сооружений, вызываемых вихреобразованием, представленные в 9.3.5, целесообразно применять в зависимости от анализируемых состояний и удовлетворительных предельных состояний.
9.2 Перемещения плавучих сооружений
9.2.1 Общие сведения
Изложенные в настоящем подразделе требования распространяются на определение перемещений плавучих сооружений относительно любой выбранной нулевой точки на сооружениях.
9.2.2 Средние перемещения
При определении средних перемещений плавучих сооружений анализируют перемещение сооружений под действием сочетания установившихся воздействий ветра, волн, течений и других внешних воздействий. Помимо продольно-горизонтальной качки, поперечно-горизонтальной качки и рыскания (вращательные колебательные перемещения относительно вертикальной оси), в особенности для сооружений с небольшой площадью ватерлинии, при выполнении анализа систем позиционирования учитывают вертикальную, бортовую и килевую качки.
9.2.3 Экстремальные значения перемещений
При использовании подхода в частотной области (9.3.1.2) для описания реакций сооружений экстремальные значения перемещений определяют как средние перемещения плюс или минус максимальные расчетные значения отклонений, меняющиеся во времени вследствие комбинированных перемещений сооружений из-за частоты волн и низких частот. Экстремальные значения перемещений также допускается вычислять по отношению к местоположению каждого якоря с целью вычисления натяжения.
Экстремальные значения перемещений Smax и Smin рассчитывают по формулам (2) и (3):
,
(2)
,
(3)
,
(4)
,
(5)
где MAX - наибольшее значение из абсолютных величин, указанных в скобках;
- максимальное перемещение сооружения, м;
- минимальное перемещение сооружения, м;
- среднее перемещение сооружения, м;
- наиболее вероятное максимальное значение низкочастотного колебания, м;
- статистически значимое значение низкочастотного колебания, м;
- наиболее вероятное максимальное значение колебания с частотой волн, м;
- статистически значимое значение колебания с частотой волн, м.
Определение наиболее вероятных максимальных и статистически значимых значений представлено в 9.3.2.
Комбинированное перемещение для различной степени свободы (например, продольно-горизонтальной и поперечно-горизонтальной качек) определяют как векторную сумму отдельных элементов перемещения.
Альтернативами такому подходу будет подход во временной области (см. 9.3.1.3), а также комбинированный подход в частотной и временной областях (см. 9.3.1.4), который включает статистическую обработку смоделированных временных зависимостей для получения экстремальных значений перемещения.
Вышеуказанные требования применимы в отношении условий неповрежденного состояния и состояния резервного функционирования. Для перемещений плавучих сооружений в переходных состояниях максимальные значения перемещений определяют согласно 9.10.2.
9.3 Реакции плавучих сооружений
9.3.1 Методы выполнения анализа
9.3.1.1 Общие сведения
Для определения реакций плавучего сооружения применяют три основных метода:
- подход в частотной области;
- подход во временной области;
- комбинированный подход в частотной и временной областях.
Указанные подходы включают в себя различные степени приближенных значений и допущения и, как следствие, не всегда предоставляют достоверные результаты. Для верификации применяемых подходов целесообразно осуществить проверку систем позиционирования проведением модельных испытаний или применением иного подтвержденного практикой метода.
Вследствие отсутствия утвержденного аналитического метода для определения реакций плавучего сооружения, испытывающего воздействие вихреобразования, необходимо предусматривать проведение модельных испытаний. Тем не менее имеются ограниченные полномасштабные данные для подтверждения масштабируемости модельных испытаний. Если нагрузки от течений и перемещения, вызываемые вихреобразованием, определяются в качестве определяющих факторов, то необходимо выполнять хорошо спланированные модельные испытания для определения амплитуд колебаний и коэффициентов сопротивления для проектирования конструкции системы позиционирования.
9.3.1.2 Подход в частотной области
В этом подходе общие уравнения колебаний, описывающие реакцию сооружения, разделяют и анализируют по отдельности по средней, низкочастотной реакции и реакции с частотой волны. Средние реакции определяют из статического равновесия между установившимся воздействием окружающей среды и восстанавливающим усилием системы позиционирования. Колебания сооружения с частотой волны и низкой частотой определяют с использованием подхода в частотной области, который позволяет получить статистические данные по реакции на колебания. Экстремальные значения, такие как существенные и наиболее вероятные максимальные реакции, определяют на основе пиковых распределений плотности вероятности, см. 9.3.2. В заключение, наиболее вероятные максимальные значения и существенные значения реакций с частотой волны и низкочастотными реакциями объединяются со средней реакцией, формулы (2) и (3), для вычисления комбинированной наиболее вероятной максимальной реакции для указанной продолжительности шторма.
При выполнении анализа частотных характеристик плавучих сооружений, обладающих возможностью совершать вращение вокруг вертикальной оси плавучего одноточечного причала для снижения воздействий ветра, течения и волнения на корпус, должен быть установлен курс постановки. Проектные курсы постановки плавучих сооружений, при которых вычисляются реакции системы позиционирования, следует определять с учетом среднего значения равновесного положения курса и низкочастотного рыскания сооружений. Необходимо учесть более одного курса постановки сооружений, чтобы обеспечить определение его максимального значения в соответствии с 9.8.2.
9.3.1.3 Подход во временной области
В этом подходе общие уравнения колебаний, описывающие комбинированные средние, низкочастотные реакции и реакции плавучего сооружения с частотой волны определяют во временной области. Функции воздействия включают среднее, низкочастотное воздействие и воздействие с частотой волны вследствие воздействия волн, ветра, течения и средств активного управления, при их наличии. Моделирование во временной области содержит уравнения, описывающие поведение плавучего сооружения, якорных линий, райзеров и средств активного управления, а также их взаимодействие. Временные зависимости всех основных параметров реакции (перемещение сооружения, натяжение якорных линий, удерживающие усилия на якорях и т.п.) определяют с помощью моделирования, а результирующие временные зависимости затем обрабатывают статистически для вычисления экстремальных значений. Моделирование во временной области должно быть достаточно продолжительным для получения стабильных статистических значений.
Дополнительная информация и рекомендации приведены в А.8.3.1.3 (приложение А).
9.3.1.4 Комбинированный подход в частотной и временной областях
Для упрощения и уменьшения вычислений, на основе моделирования полностью связанных временных и частотных областях, часто используют комбинированный подход во временной и частотной областях. Решения во временной и частотной областях для средних реакций, волновых и низкочастотных реакций могут быть объединены различными способами. При стандартном подходе моделируются средние и низкочастотные реакции (перемещение сооружения, натяжение якорных линий, усилия на якорях и т.п.) во временной области, в то время как реакции на частоте волны решаются отдельно в частотной области. Решение в частотной области в отношении реакций с частотой волны обрабатывается для получения либо статистических экстремальных значений, либо временных зависимостей, которые затем накладываются на средние и низкочастотные реакции.
Дополнительная информация и рекомендации приведены в А.8.3.1.4 (приложение А).
9.3.2 Статистические данные по экстремальным значениям
Для анализа во временной области могут определяться соответствующие экстремальные значения в соответствии с положениями А.8.3.1.3 (приложение А).
При проведении анализа в частотной области для явления, которое может быть представлено узкополосным гауссовским процессом, статистические экстремальные данные для меняющегося во времени компонента явления могут быть вычислены на основе стандартного отклонения соответствующего спектра реакций (распределение Рэлея) следующим образом:
,
(6)
,
(7)
,
(8)
где - статистически значимое значение;
- наиболее вероятное максимальное значение;
- наиболее вероятное минимальное значение;
s - стандартное отклонение;
t - продолжительность расчетной ситуации в единицах времени; в отношении продолжительности расчетной ситуации должно быть указано не менее 3 ч;
- средний нулевой период выхода за установленный уровень колебаний в единицах времени, где для низкочастотных колебаний может быть взят tz в качестве периода собственных колебаний для соответствующей степени свободы объединенной системы сооружения/райзера/системы позиционирования tn, которую можно определить по формуле
,
(9)
где М - масса системы позиционирования, включая присоединенную массу, кг;
k - жесткость системы для соответствующей степени свободы в среднем положении сооружения, Н/м.
Наиболее вероятное максимальное натяжение, которое необходимо сравнить с допустимыми значениями натяжения якорной линии, представленными в 11.2, может быть определено по формуле (7) путем добавления значения среднего натяжения.
Примечание - Эти формулы могут занижать наиболее вероятное максимальное значение нелинейной широкополосной реакции.
Дополнительная информация и рекомендации приведены в А.8.3.2 (приложение А).
9.3.3 Подавление низкочастотных колебаний
Особое внимание нужно уделить подавлению низкочастотных колебаний. Низкочастотные колебания удерживаемого плавучего сооружения являются узкополосными по частоте, поскольку его сдерживает резонансная реакция на собственной частоте удерживаемого сооружения. Амплитуда колебаний сильно зависит от жесткости системы позиционирования. Имеется существенная степень неопределенности в оценке подавления низкочастотных колебаний. Четырьмя источниками подавления могут быть:
- вязкостное демпфирование сооружением;
- демпфирование дрейфа волн сооружением;
- демпфирование системой позиционирования;
- демпфирование райзером.
Дополнительная информация и рекомендации приведены в А.8.3.3 (приложение А).
9.3.4 Анализ райзеров
Система райзеров (при ее наличии) взаимодействует с плавучим сооружением и системой позиционирования по нескольким направлениям. Воздействие волн и течений непосредственно на райзеры увеличивает нагрузки от воздействий окружающей среды на систему позиционирования, при этом райзеры воспринимают часть нагрузок на себя, снижая при этом нагрузки на систему позиционирования. Более того, демпфирование системой райзера снижает низкочастотные колебания и уменьшает натяжение якорных линий системы позиционирования. Конечный результат воздействия этих эффектов зависит от количества факторов, таких как тип и количество райзеров, а также глубины моря. Конструкция системы позиционирования должна учитывать воздействие райзеров, жесткость и демпфирование. Это действие райзеров можно игнорировать, если такие действия приводят к более консервативной конструкции системы позиционирования.
Если райзерная система предназначена для различного количества райзеров в течение расчетного срока службы (например, из-за предполагаемых врезок в будущем), то необходимо исследовать все различные конфигурации.
9.3.5 Анализ систем позиционирования в условиях перемещений плавучих сооружений, вызываемых вихреобразованием
9.3.5.1 Общие сведения
В отличие от других резонансных реакций плавучих сооружений амплитуда колебаний, вызываемых вихреобразованием, ограничена. Поперечные перемещения, как правило, характеризуются безразмерным отношением амплитуды колебаний а к диаметру корпуса плавучего сооружения d (a/d). Наибольшая амплитуда колебаний при поперечном перемещении отмечается у плохообтекаемых плавучих сооружений с малым удлинением корпуса и составляет a/d = 1. Спиралевидные пояса обшивки обычно применяются у плавучих сооружений на натяжных связях с цилиндрическим корпусом типа "spar" или системе райзеров для уменьшения амплитуды колебаний. Пояса обшивки могут быть очень эффективными для устранения перемещений, вызываемых вихреобразованием; однако их эффективность на плавучих сооружениях на натяжных связях с цилиндрическим корпусом типа "spar" зависит от различных факторов, таких как точная схема расположения и размер поясов обшивки, вспомогательные элементы и профили течения.
Специальные аспекты проектирования для учета и анализа перемещений, вызываемых вихреобразованием, должны принимать во внимание следующее:
a) в настоящее время отсутствуют работающие аналитические инструменты для прогнозирования перемещений, вызываемых вихреобразованием, и расчетные критерии перемещений, вызываемых вихреобразованием, обычно определяются на основе модельных испытаний. Методики модельных испытаний должны быть подтверждены с использованием натурных измерений;
b) на перемещения, вызываемые вихреобразованием, оказывают одновременное влияние периоды собственных колебаний плавучего сооружения и системы позиционирования, профиль скорости направление и течения, геометрия корпуса сооружения и вспомогательные элементы на корпусе;
c) продолжительные течения, приводящие к перемещениям, вызываемым вихреобразованием, могут быть значительно дольше, чем максимальная продолжительность шторма;
d) модельные испытания могут моделировать лишь определенные параметры, аппроксимируя другие, поэтому нужно внимательно интерпретировать и использовать данные модельных испытаний;
e) если перемещения, вызываемые вихреобразованием, приводят к большим циклам натяжения при высокой средней нагрузке, то расчетный срок службы при усталостной нагрузке может быть коротким для элементов системы позиционирования с низким сопротивлением усталостной нагрузке, таким как цепи;
f) калибровка коэффициентов безопасности для конструкций системы позиционирования не должна включать в себя условие перемещений, вызываемых вихреобразованием, и неопределенности, связанные с перемещениями, вызываемыми вихреобразованием. В этой связи рекомендуется проводить проверки чувствительности, как изложено в А.8.3.5.1.
Указанные выше аспекты следует учитывать при проектировании систем позиционирования, эксплуатирующихся в условиях перемещений плавучих сооружений, вызываемых вихреобразованием, выполнением следующих мероприятий:
- определением расчетных критериев, которые учитывают перемещения, вызываемые вихреобразованием, например проверка чувствительности в дополнение к базовым вариантам, а также контроль данных натурных наблюдений и данных модельных испытаний;
- проведением усталостного анализа перемещений, вызываемых вихреобразованием, за 100-летний период в дополнение к анализу долговременной усталости;
- выбором соответствующего оборудования и характеристик системы позиционирования для лучшего восприятия и смягчения воздействий, вызываемых вихреобразованием.
Дополнительная информация и рекомендации приведены в А.8.3.5.1 (приложение А).
9.3.5.2 Расчетные критерии для анализа прочности систем позиционирования в условиях перемещений плавучих сооружений, вызываемых вихреобразованием
При выполнении анализа прочности определяют расчетные критерии перемещений, вызываемых вихреобразованием. Параметры проектирования, относящиеся к перемещениям, вызываемым вихреобразованием, обеспечивающие прочность системы позиционирования, должны включать следующее:
- амплитуду продольных и поперечных колебаний плавучих сооружений при перемещениях, вызываемых вихреобразованием (a/d), как функцию от приведенной скорости Vr;
- коэффициент сопротивления как функцию от амплитуды колебаний при перемещениях плавучих сооружений, вызываемых вихреобразованием;
- определение диапазонов Vr;
- траекторию или область перемещений плавучих сооружений, вызываемых вихреобразованием.
Данные параметры в основном базируются на сочетании данных модельных испытаний (с учетом специфики проекта) и предшествующего опыта проектирования с учетом перемещений плавучих сооружений, вызываемых вихреобразованием. В зависимости от применяемого подхода, могут быть рассмотрены различные уровни неопределенности критериев перемещений, вызываемых вихреобразованием, для применения в конкретном проекте. Критерии необходимо разрабатывать для базового варианта (наилучшая оценка) и для некоторых вариантов проверки чувствительности. Коэффициенты запаса прочности по натяжению для условий неповрежденного и поврежденного состояний должны выполняться для базового варианта. Варианты проверки чувствительности следует применять для проверки эксплуатационной надежности системы позиционирования, в целях подтверждения того, что риск отказа системы позиционирования находится на приемлемом уровне даже в случае, если оценки конкретных влияющих параметров, таких как жесткость системы позиционирования, скорость течения, коэффициент сопротивления, состояние синхронизации колебаний или амплитуда колебаний при перемещениях, вызываемых вихреобразованием, являются неточными. Одной из важных функций проверки чувствительности является определение того, войдет ли система позиционирования при наличии некоторых изменений критических параметров в состояние синхронизации перемещений, вызываемых вихреобразованием.
Дополнительная информация и рекомендации приведены в А.8.3.5.2 (приложение А).
9.3.5.3 Метод анализа прочности систем позиционирования в условиях перемещений плавучих сооружений, вызываемых вихреобразованием
В настоящее время специализированное программное обеспечение по выполнению анализа прочности систем позиционирования в условиях перемещений плавучих сооружений, вызываемых вихреобразованием, не имеет широкого распространения, и в этой связи возможно использование методики анализа, изложенной в А.8.3.5.3 (приложение А).
9.3.5.4 Основные факторы усталостного анализа систем позиционирования в условиях перемещений плавучих сооружений, вызываемых вихреобразованием
Натяжения в системе позиционирования, возникающие в условиях перемещений плавучих сооружений, вызываемых вихреобразованием, имеют циклический характер и вносят свой вклад в усталостное повреждение системы позиционирования. Факторы, приведенные ниже, следует учитывать при выполнении оценки усталостной прочности вследствие воздействия перемещений, вызываемых вихреобразованием:
a) для определения количества циклов натяжения необходимо использовать период перемещений, вызываемых вихреобразованием, при перемещенном положении плавучего сооружения, который соответствует конкретной рассматриваемой частоте дискретизации течения. Указанный период может варьироваться в зависимости от направления и силы течения и, как правило, отличается от периода собственных колебаний спокойной воды;
b) в дополнение к оценке долгосрочного усталостного повреждения, также рекомендуется выполнять усталостный анализ, в условиях перемещений, вызываемых вихреобразованием, с периодом повторяемости один раз в 100 лет (или другого единичного события по наихудшему сценарию, как указано в 9.3.5.5);
c) системы позиционирования, испытывающие высокое среднее натяжение и значительные колебания натяжения, могут создать механическое напряжение в цепи, выходящее за пределы упругости материала цепи, для которого отсутствуют данные по испытаниям усталостной прочности. Чтобы обеспечить достаточный срок службы до разрушения от усталости, системы позиционирования следует проектировать таким образом, чтобы избежать таких ситуаций;
d) повреждение цепи вследствие усталости на направляющем блоке требует особого внимания, так как дополнительное напряжение изгиба прикладывается к цепи на этом участке, и цепь, как правило, имеет наименьший срок службы до разрушения от усталости всех элементов системы позиционирования;
e) варианты проверки чувствительности, аналогичные тем, которые использованы в прочностном анализе, должны учитывать неопределенность в прогнозах перемещений, вызываемых вихреобразованием.
9.3.5.5 Усталостный анализ систем позиционирования в условиях перемещений плавучих сооружений, вызываемых вихреобразованием, для долговременных и единичных экстремальных событий
Для анализа усталостного повреждения в условиях долговременных событий, связанных с перемещениями плавучих сооружений, вызываемых вихреобразованием, текущие события могут быть представлены в виде ряда частот дискретизации течений, в котором каждая частота дискретизации будет соответствовать опорным значениям направления, скорости и профиля течения, а также сопутствующим ветровым и волновым условиям и вероятности их возникновения. Усталостное повреждение для каждой частоты дискретизации должно оцениваться, а усталостное повреждение вследствие перемещений плавучего сооружения, вызываемых вихреобразованием, должно суммироваться с усталостным повреждением из-за ветра и волнения для определения суммарного усталостного повреждения.
Исследования показывают, что существенное усталостное повреждение может быть вызвано единичным экстремальным событием возникновения перемещений, вызываемых вихреобразованием. Поэтому, в дополнение к оценке усталостного повреждения в результате длительного воздействия, следует выполнять анализ возникновения перемещений, вызываемых вихреобразованием, с повторяемостью один раз в 100 лет. Поскольку перемещения, вызываемые вихреобразованием, в большей степени зависят от приведенной скорости, то течения, связанные с наихудшей расчетной ситуацией перемещений, вызываемых вихреобразованием, необязательно могут быть течениями с повторяемостью один раз в 100 лет. Амплитуды колебаний при перемещениях, вызываемых вихреобразованием, вызывающие самые сильные усталостные повреждения, могут возникать в присутствии течений с более низкой повторяемостью. Профиль скорости и направления течения, используемый в оценке усталости, должен соответствовать наиболее неблагоприятному профилю скорости и направления течения, определенному в ходе анализа прочности. Однако вместо использования профиля скорости течения, охарактеризованного постоянной скоростью, для экстремального события может рассматриваться изменяющееся течение, характеристики которого получены на основе натурных измерений. Продолжительность этого события может отличаться от той, которая получена на основе долгосрочного распределения течений.
Усталостный анализ, как правило, выполняется только для условий неповрежденного состояния. Тем не менее усталостный анализ для поврежденного состояния должен рассматриваться для единичного экстремального события возникновения перемещений, вызываемых вихреобразованием, когда прогрессирующее повреждение якорной линии вследствие усталости представляет проблему.
Коэффициент безопасности усталостной прочности представлен в 11.5. Этот коэффициент необходимо применять в отношении долговременного усталостного повреждения (вследствие воздействий ветра, волнения и перемещений, вызываемых вихреобразованием) и по отношению к усталостному повреждению в результате единичного события в условиях неповрежденного состояния.
Дополнительная информация и рекомендации приведены в А.8.3.5.5 (приложение А).
9.3.5.6 Усталостное повреждение и износ цепей систем позиционирования в условиях перемещений плавучих сооружений, вызываемых вихреобразованием
Усталостное повреждение цепи на направляющем блоке, как правило, выше, чем на удалении от направляющего блока. Для систем позиционирования, где усталостное повреждение цепей является критическим, важно периодически перемещать звенья на направляющем блоке, чтобы таким образом более равномерно распределить дополнительное усталостное повреждение из-за изгибания. Если такая процедура является частью программы эксплуатации, то усталостное повреждение звеньев вокруг направляющего блока можно оценить на основе части времени, когда звенья расположены на направляющем блоке. Тем не менее звенья на направляющем блоке должны иметь достаточную усталостную прочность, чтобы преодолеть, по крайней мере, единичное экстремальное событие (например, событие возникновения перемещений, вызываемых вихреобразованием, за 100 лет).
Системы позиционирования, подверженные действию перемещений, вызываемых вихреобразованием, могут быть также подвержены усиленному износу звеньев в районе направляющего блока, который обусловлен высоким контактным давлением и большим перемещением между звеньями. Этот аспект необходимо тщательно оценивать, и следует учитывать измерение периодического сдвига звеньев на направляющем блоке, чтобы смягчить проблему износа. Измерение износа с помощью предельного калибра, как указано в [4], также следует рассматривать для выявления чрезмерного износа звеньев цепи.
9.4 Реакции якорных линий
9.4.1 Общие сведения
Динамические реакции плавучих сооружений вызывают перемещения систем позиционирования в трех различных частотных областях:
- средние реакции;
- низкочастотные реакции;
- реакции с частотой волн.
Наибольшие значения натяжения якорных линий должны оцениваться методом объединения всех трех составляющих, указанных выше, в соответствии с 9.5. Наибольшие значения натяжения лежащих на грунте участков якорных линий необходимо оценивать аналогичным методом, если это применимо.
Реакции системы позиционирования на средние воздействия могут быть спрогнозированы с помощью статических уравнений упругих провисающих якорных линий, включая удлинение якорных линий. Как правило, реакции на низкочастотные колебания также можно прогнозировать с помощью этого же метода, по причине длительных периодов таких колебаний. Реакции системы позиционирования на перемещения сооружения с частотой волн возможно прогнозировать с помощью методов, приведенных в 9.4.2 и 9.4.3.
Дополнительная информация и рекомендации приведены в А.8.4.1 (приложение А).
9.4.2 Квазистатический анализ
В этом методе воздействие волн учитывается за счет перемещения сооружения в результате колебаний, вызываемых волнами. Динамическое действие на якорные линии, связанное с массой, демпфированием и ускорением жидкости, не учитывают. Исследования динамики якорных линий выявили, что показатели надежности конструкций якорных линий, определенные на основе данного метода, могут варьироваться в зависимости от типа сооружения, глубины моря и конфигурации якорных линий.
Дополнительная информация и рекомендации приведены в А.8.4.2 (приложение А).
9.4.3 Динамический анализ
Динамический анализ якорных линий описывает изменяющиеся во времени эффекты, связанные с массой, демпфированием и ускорением жидкости. В данном подходе изменяющиеся во времени движения направляющих блоков якорных линий необходимо определять на основе продольно-горизонтальной, поперечно-горизонтальной, бортовой, килевой качек и рыскания плавучего сооружения. Динамические модели используют для прогнозирования реакции якорных линий на движения направляющих блоков.
Может использоваться подход в частотной области в соответствии с 9.3.1.2 или подход во временной области в соответствии с 9.3.1.3, для прогнозирования натяжений на якорных линиях. При использовании временной области все нелинейные эффекты, включая удлинение якорных линий, геометрию якорных линий, влияние водной среды и воздействия поверхности морского дна могут моделироваться. Использование подхода в частотной области, с другой стороны, в целом линейное. Методы аппроксимации нелинейных параметров в частотной области, а также их ограничения, необходимо исследовать, чтобы обеспечить приемлемые решения для предполагаемого применения.
Дополнительная информация и рекомендации приведены в А.8.4.3 (приложение А).
9.5 Натяжение якорных линий
9.5.1 Среднее натяжение
Среднее натяжение представляет собой натяжение якорных линий, которое соответствует среднему значению перемещения при реакции плавучего сооружения.
9.5.2 Наибольшие значения натяжения
При использовании подхода в частотной области наибольшие значения натяжения якорных линий при моделировании реакции сооружения согласно 9.3.1.2 получают из натяжения якорных линий под действием колебаний с частотой волнения, рассчитанных в положениях сооружения, эквивалентных Smax - Swfmax, по отношению к местоположению каждого якоря. Наибольшие значения натяжения якорных линий затем определяются следующим образом:
,
(10)
где - наибольшее значение натяжения, Н;
- статическое натяжение при Sextreme - Swfmax, Н;
- максимальное натяжение на основе анализа в частотной области, Н;
- применимые значения перемещений Smax или Smin для конкретного перемещения от верхней точки закрепления до якоря, из формулы (2) или формулы (3) соответственно, м;
- перемещение от верхней точки закрепления до якоря, определенное в соответствии с 9.2.3, м.
Альтернативой этому подходу являются подход с использованием временной области (9.3.1.3), и комбинированный подход во временной и частотной областях (9.3.1.4), который включает статистическую обработку моделируемых временных зависимостей для получения максимальных значений натяжения якорных линий.
9.5.3 Проверка расчетов
Наибольшие значения натяжения якорных линий проверяют по расчетным критериям, указанным в 11.2.
9.6 Ограничения по длине и геометрии якорных линий
В зависимости от типа системы позиционирования, оценивают тип используемых якорей и материал якорных линий, ряд параметров по длине линий и их геометрии, для подтверждения их соответствия расчетным критериям.
Для систем позиционирования с провисающими якорными линиями с якорями, заглубляемыми протаскиванием, не рассчитанными на вертикальные нагрузки, необходимо определять минимальную длину участка якорной линии, укладываемой на морское дно, в соответствии с расчетными критериями, обусловленными конкретными условиями площадки установки плавучего сооружения.
Для якорей, рассчитанных на вертикальные нагрузки, должно быть продемонстрировано соответствие расчетным критериям для специального типа якоря.
Для якорных линий, длительное нахождение которых на поверхности морского дна нежелательно, участок линии, расположенный ближе всего к якорю, необходимо заменить цепью. В таких случаях минимальное возвышение участка каната-цепи вычисляют, и верифицируют по минимальному возвышению, заданному с учетом специфики площадки.
Для якорных линий, для которых нежелательно нахождение в зоне периодического смачивания или трение о направляющий блок, верхний участок линии необходимо заменить цепью. В таких случаях положение верхнего участка якорной линии оценивают и сравнивают с критерием минимальной глубины, заданным с учетом специфики площадки установки плавучего сооружения.
Для якорных линий, которые находятся в непосредственной близости от других подводных и надводных сооружений, могут существовать другие требования к вертикальным и горизонтальным зазорам безопасности. В данных случаях результаты анализа перемещений в конкретных точках необходимо сопоставить со значениями, установленными в 11.7, для конкретного месторасположения. Ограничения по длине и геометрии якорных линий, выполненных из волоконных синтетических канатов, представлены в разделе 15.
9.7 Усилия на якорях
Наибольшее из предельных значений натяжения якорных линий, определенное в рамках анализа натяжения якорных линий, представленного в 9.5.2, должно быть использовано для прогнозирования максимальных усилий на якорях. Результаты необходимо сравнивать с расчетными критериями, представленными в 11.4.
9.8 Анализ систем позиционирования стандартной конфигурации
9.8.1 Анализ частотных характеристик пространственных систем позиционирования
При анализе систем позиционирования с использованием описания реакции плавучих сооружений в частотной области среднее положение сооружений сначала определяется на основе вычислений статического равновесия в направлении продольно-горизонтальной качки, поперечно-горизонтальной качки и рыскания. Затем определяют реакции сооружения на волновые и низкочастотные колебания в виде продольно-горизонтальной качки, поперечно-горизонтальной качки и рыскания и добавляют к среднему положению сооружения. Следует использовать процедуру, описанную в А.8.8.1.
В случае если сооружение имеет небольшую площадь ватерлинии (см. 9.2.2), анализ систем позиционирования выполняют для перемещений в шести степенях свободы (продольно-горизонтальной качки, поперечно-горизонтальной качки, вертикальной качки, бортовой качки, килевой качки и рыскания). Дополнительная информация и рекомендации приведены в А.8.8.1 (приложение А).
9.8.2 Анализ частотных характеристик систем позиционирования одноточечных плавучих причалов
При выполнении анализа, основанного на описании реакции плавучего сооружения в частотной области, учитывают курс постановки сооружения. Проектные курсы постановки плавучего сооружения, при которых вычисляют реакции системы позиционирования, определяют с учетом среднего значения равновесного положения курса и низкочастотного рыскания сооружения. Методика выполнения анализа частотных характеристик систем позиционирования одноточечных плавучих причалов представлена в А.8.8.2 (приложение А).
Дополнительная информация и рекомендации приведены в А.8.8.2 (приложение А).
9.8.3 Анализ во временной области
Методы анализа во временной области могут быть использованы для одновременного моделирования средней реакции, низкочастотной реакции и реакции с частотой волнения объединенной системы, состоящей из плавучего сооружения и якорных линий. Данный подход требует инструментария для анализа системы позиционирования во временной области, который предоставляет возможность решения общего уравнения колебаний и выдачи комбинированных значений средних, низкочастотных реакций и реакций с частотой волнения плавучего сооружения, якорных линий и райзеров. Существенное преимущество такого подхода состоит в том, что низкочастотное демпфирование от сооружения, якорных линий и райзеров автоматически генерируется при моделировании, а взаимодействие между сооружением и системой позиционирования/райзерами полностью это учитывает. Процедура анализа во временной области представлена в А.8.8.3 (приложение А).
9.9 Анализ комбинированных систем позиционирования
9.9.1 Общие сведения
В настоящем подразделе рассматриваются системы позиционирования одноточечных плавучих причалов или пространственные системы позиционирования, использующие для удержания совместную работу якорных линий и средств активного управления.
Дополнительная информация и рекомендации приведены в А.8.9.1 (приложение А).
9.9.2 Анализируемые состояния
Определение неповрежденного состояния и состояния резервного функционирования для комбинированных систем позиционирования (с якорными линиями и средствами активного управления) представлены в таблице 2.
Таблица 2 - Определение неповрежденного состояния и состояния резервного функционирования для комбинированных систем позиционирования (с якорными линиями и средствами активного управления)
|
Анализируемое состояние якорных линий |
Анализируемое состояние средств активного управления |
Анализируемое состояние комбинированной системы позиционирования (с якорными линиями и средствами активного управления) в целом |
|
Неповрежденное |
Неповрежденное |
Неповрежденное |
|
Неповрежденное |
Состояние резервного функционирования |
Состояние резервного функционирования |
|
Состояние резервного функционирования |
Неповрежденное |
Состояние резервного функционирования |
Дополнительная информация и рекомендации приведены в А.8.9.2 (приложение А).
9.9.3 Определение допустимой тяги средств активного управления
Когда средства активного управления используют в качестве вспомогательных для системы позиционирования, то допустимую тягу, которую допускается использовать в анализе системы позиционирования, следует определять следующим образом:
a) определить имеющуюся эффективную тягу (тяговое усилие) с учетом эффективности и потерь у средств активного управления из-за перемещения плавучего сооружения, течения, взаимодействия средств активного управления между собой и корпусом сооружения, а также любых ограничений по направлению;
b) определить вариант наихудшего отказа средств активного управления. Следует выполнить анализ методом FMEA для определения самого наихудшего варианта единичного отказа, см. 14.2.1. При определении наихудшего варианта единичного отказа следует учитывать степень готовности системы активного управления (среднее время наработки на отказ и среднее время на устранение отказа) на протяжении расчетного срока службы сооружения;
c) определить допустимое тяговое усилие:
1) для систем с автоматическим управлением средствами активного управления допустимое тяговое усилие:
- для средства активного управления в неповрежденном состоянии - эквивалентное имеющемуся эффективному тяговому усилию;
- для средства активного управления в состоянии резервного функционирования - эквивалентное имеющемуся эффективному тяговому усилию после учета наихудшего варианта отказа, определенного по методу FMEA;
2) для систем с ручным управлением средствами активного управления допустимое тяговое усилие должно составлять 0,7 от величины, определенной выше для систем с автоматическим управлением средствами активного управления.
Допустимая тяга, используемая в анализе системы позиционирования, должна быть верифицирована при выполнении ходовых испытаний средств активного управления.
Дополнительная информация и рекомендации приведены в А.8.9.3 (приложение А).
9.9.4 Распределение нагрузки
9.9.4.1 Общие сведения
В комбинированных системах позиционирования (с якорными линиями и средствами активного управления) распределение нагрузки между средствами активного управления и якорными линиями является сложным процессом. Тем не менее простой метод снижения средней нагрузки, описанный ниже, позволяет получить необходимые результаты.
9.9.4.2 Метод снижения средней нагрузки
В этом упрощенном подходе для средств активного управления необходимо учитывать только усредненные воздействия окружающей среды в направлении продольно-горизонтальной, поперечно-горизонтальной качек и рыскания. Сначала оценивают допустимую тягу средств активного управления (см. 9.9.3), а затем ее вычитают из усредненного воздействия. Остаток усредненного воздействия, а также волновые и низкочастотные колебания компенсируются работой системы позиционирования.
Для сооружений с пространственными системами позиционирования, где устойчивость курса плавучего сооружения поддерживается за счет якорных линий, компоненты продольного и бокового сноса допустимой тяги могут быть вычтены из среднего продольного и среднего бокового воздействия окружающей среды. Реакцию системы позиционирования затем оценивают путем анализа систем позиционирования без средств активного управления, см. 9.8.1-9.8.3.
9.9.4.3 Контроль курса и демпфирования продольно-горизонтальной качки
В комбинированных системах позиционирования (с якорными линиями и средствами активного управления) одноточечных плавучих причалов основной функцией средств активного управления является контроль курса постановки подсоединенного к причалу плавучего сооружения. В случае если мощность средств активного управления значительно превышает требования по контролю курса плавучего сооружения, имеющаяся мощность может быть перераспределена между контролем курса постановки и осуществлением низкочастотного демпфирования продольно-горизонтальной качки.
9.9.4.4 Динамический анализ системы
Динамический анализ комбинированной системы позиционирования (с якорными линиями и средствами активного управления) следует выполнять во временной области. Эта модель должна вырабатывать среднее перемещение, низкочастотные колебания плавучего сооружения, характеристики системы управления и реакции средств активного управления, которые соответствуют конкретным условиям окружающей среды.
9.10 Анализ перемещений плавучих сооружений в переходных состояниях
9.10.1 Общие сведения
Удерживаемое плавучее сооружение испытывает перемещения в переходном состоянии после обрыва якорной линии или отказа средств активного управления, перед тем, как будет найдено новое положение статического равновесия, см. 9.1.1.4. Анализ переходных состояний выполняется для проверки максимального перемещения, которое произошло после указанных событий, в соответствии с таблицей 1.
Анализ переходных состояний удерживаемого сооружения под воздействием волн, ветров, течений и воздействий средств активного управления является сложным, и может потребоваться проведение анализа во временной области. Для упрощения анализа допускается использовать комбинированный подход, как это представлено в 9.10.2.
Дополнительная информация и рекомендации приведены в А.8.10 (приложение А).
9.10.2 Комбинированный подход в частотной и временной областях
В этом подходе максимальные перемещения в переходном состоянии сначала определяют на основе анализа во временной области. Низкочастотные колебания, а также колебания с частотой волны, полученные при проведении анализа в частотной области, затем объединяются с переходными процессами перемещений. Рекомендуется выполнить следующую процедуру:
a) определить положение статического равновесия при среднем воздействии на неповрежденную систему позиционирования;
b) смоделировать обрыв якорной линии и вычислить максимальное значение перемещения в переходном состоянии во временной области лишь со средней нагрузкой, но с жесткостью системы позиционирования, которая уточняется на каждом интервале времени. В целом, требуется модель с тремя степенями свободы (продольно-горизонтальная качка, поперечно-горизонтальная качка и рыскание);
с) определить максимальное перемещение плавучего сооружения.
,
(11)
где - среднее перемещение плавучего сооружения, определенное в соответствии с шагом а), м;
- положительное значение статистически значимого значения низкочастотного колебания, определенного в частотной области, в состоянии резервного функционирования жесткости системы позиционирования, м;
- положительное значение статистически значимого значения колебаний с частотой волн, определенного в частотной области, м;
- максимальное значение перемещения плавучего сооружения в переходном состоянии переходного относительно положения статического равновесия [из шага а)], определенное в соответствии с шагом b), м.
9.10.3 Подход во временной области
Анализ во временной области перемещений плавучего сооружения в переходном состоянии аналогичен анализу во временной области реакции сооружения, описанного в 9.3.1.3. Единственным различием является то, что в моделировании не используется якорная линия с целью имитации ее обрыва. Моделирование необходимо повторять для нескольких волновых воздействий в различные периоды времени, а для обрывов якорных линий в различных временных точках для каждого периода времени. Следует использовать максимальное наблюдаемое перемещение в ходе указанного моделирования или максимальное рассчитанное перемещение на основе результатов этого моделирования, см. 9.3.2.
10 Усталостный анализ систем позиционирования
10.1 Общие сведения
Усталостный анализ представляет собой сложный процесс со многими неопределенностями. Стандартные процедуры усталостного анализа представлены в настоящем стандарте. Альтернативные процедуры также могут быть использованы, при условии, что они документально оформлены для достижения аналогичных уровней надежности по сравнению с процедурами, представленными в настоящем стандарте.
Для определения суммарного усталостного повреждения следует использовать правило Майнера. В отношении основных компонентов якорных линий (т.е. цепей, стальных канатов и соединительных звеньев) вычисления правила Майнера могут основываться на диапазоне натяжения (так называемом T-N подходе), как это описывается ниже, или на основе диапазона напряжений (так называемом S-N подходе), как это описано в А.9.1. Для других компонентов, таких как свайные якоря и принадлежности, как правило, используется S-N подход. Дополнительная информация и рекомендации приведены в А.10.4.3.2.3.7.1 (приложение А).
Динамические анализы во временной и (или) частотной областях используют для определения диапазонов натяжения или напряжения. Квазистатический анализ может использоваться только при условии его полного документального оформления для достижения уровней надежности, сопоставимых с полученными с помощью динамического анализа во временной и (или) частотной области. Данные модельных испытаний в бассейне допускается использовать вместо динамических анализов, при условии, что эти данные полностью документально оформлены и пригодны для усталостного анализа.
Определение усталостной прочности некоторых типичных элементов систем позиционирования указано в 10.2. Требования к усталостной прочности волоконных синтетических канатов представлены в разделе 15.
Процедуры вычислений с целью определения циклов натяжения приведены в 10.3. Приведено несколько подходов для определения усталостного повреждения, включая варьирующие степени упрощения суммирования повреждения на основе правила Майнера.
10.2 Усталостная прочность
10.2.1 Стальные канаты, цепи и соединительные звенья
Усталостная прочность стальных канатов, цепей, соединительных звеньев, а также других элементов системы позиционирования, показана кривыми усталости T-N, где диапазон натяжения T, как правило, безразмерный, путем деления на приемлемое эталонное разрывное усилие, а N представляет собой допустимое количество циклов. Кривые усталости T-N основываются на данных усталостных испытаний для этих компонентов, а также регрессионном анализе.
Характерные кривые усталости T-N для некоторых стальных канатов, цепей, а также соединительных звеньев, представлены в 10.2.2. Кривые усталости T-N используют для оценки усталостных условий "натяжение-натяжение" (Т-Т) в соответствии с 10.2.3. Усталостные условия при свободном изгибе рассматривают в 10.2.4.
10.2.2 Кривые усталости T-N
Типовая кривая усталости T-N выражается формулой (12):
,
(12)
где N - общее количество допустимых циклов натяжения Т;
T - отношение диапазона натяжения (двойная амплитуда) к эталонному разрывному усилию элемента (соответствующая эталонная прочность для каждого типа элементов приведена ниже);
m - обратный уклон кривой усталости T-N;
K - постоянная усталости.
Кривые T-N наносятся на миллиметровую бумагу в качестве прямых линий.
Значения m и K приведены в таблице 3 для звеньев цепей, соединительных звеньев и компонентов стальных канатов.
Таблица 3 - Значения m и K для типовых кривых усталости T-N
Чтобы сделать допуск на коррозию и износ при определении эталонного разрывного усилия общих и соединительных звеньев якорных цепей категорий R3, R3S, R4, R4S, R5, их калибр должен быть равен номинальному калибру минус половина допуска на коррозию и износ.
В таблице 3 указано, что усталостная прочность цепи без распорки меньше, чем у соответствующей цепи с распоркой. Тем не менее наличие распорки приводит к ряду возможных усталостных явлений, которые не могут быть выявлены при осмотре (ослабленные распорки, трещины в сварных швах распорки, острые углы в основании распорок, коррозия между распоркой и звеном и дефекты, которые скрыты за распоркой). Уравнения для цепи с распоркой не действуют для звеньев с ослабленными распорками. Поэтому важно учитывать все факторы, влияющие на усталостную прочность при выборе типа цепи.
Кривая усталости T-N для соединительных звеньев Болдта и Кентера основана на ограниченных данных усталостных испытаний.
Усталостная прочность дугообразных скоб со штырями сравнима с общими звеньями аналогичного размера и марки, при условии, что скобы обработаны, чтобы входить в соединение с малым допуском. В корпусе скобы шплинт не используется, и скоба имеет узкий зев.
Для других типов соединительных звеньев, если опубликованных данных недостаточно для построения кривых усталостной прочности, следует проводить соответствующие испытания с целью построения кривых для использования таких звеньев в стационарных системах позиционирования. Испытания следует проводить, чтобы их характер согласовывался с испытаниями, на результатах которых основываются кривые усталости T-N, перечисленные в таблице 3.
Эталонное разрывное усилие стального каната равно его минимальному разрывному усилию.
Кривые усталости T-N для стального каната основываются на данных усталостного испытания для шестипрядного, многопрядного канатов и канатов одинарной свивки. Как показано в таблице 3, усталостная прочность стального каната является функцией среднего натяжения в канате, которая в системе позиционирования с провисающими якорными линиями, как правило, составляет 0,2-0,3 от минимального разрывного усилия. При оценке усталостного повреждения стального каната необходимо учитывать воздействие среднего натяжения согласно 10.3.3.
Усталостные данные по стальному канату основаны на испытаниях, в которых не учитывают эффекты коррозии. Поэтому кривые усталости T-N в таблице 3 соответствуют лишь стальным канатам с антикоррозийной защитой, например, с гальванической, плакирующей оболочкой, с защитным компаундным соединением, а также могут рассматриваться канаты с цинковым покрытием. При использовании стального каната как части стационарной системы позиционирования, расчетный срок службы, освидетельствование, а также стратегию замены следует учитывать при определении комбинации систем антикоррозийной защиты, которая необходима для использования в каждом конкретном случае.
Дополнительная информация и рекомендации приведены в А.9.2.2 (приложение А).
10.2.3 Усталость типа "натяжение-натяжение" (Т-Т)
Элементы цепи, соединительного звена и стального каната систем позиционирования, подверженных натяжению, следует проектировать с учетом усталостной прочности, определяемой в соответствии с 10.2.2 для вычисления усталостного повреждения в соответствии с 10.3.3. Оценка усталости других элементов систем позиционирования, подверженных чистому натяжению, которое может моделироваться с помощью кривых T-N, также должна выполняться в соответствии с 10.2.2 и 10.3.3, при условии, что соответствующие кривые T-N существуют или могут быть построены.
10.2.4 Усталость типа "изгиб-натяжение" (В-Т) и усталость при свободном изгибе
Комбинация изгибания-натяжения стальных канатов и цепей, как правило, происходит в таких местах, как направляющие блоки, отводные блоки, стопорные устройства, полуклюзы, ограничители изгиба, а также стабилизирующие грузы якорных линий и амортизирующие буи. В этих местах усталостное повреждение типа "натяжение-натяжение" усиливается за счет наличия изгиба, а также за счет возможных дополнительных эффектов, связанных с износом и коррозией.
При отсутствии применимых данных по усталостному повреждению вследствие изгиба-натяжения стальных канатов отношение диаметра изгиба к диаметру стального каната должно быть довольно значительным, чтобы избежать чрезмерного изгиба [см. А.9.2.4 таблица А.4 (приложение А)].
Усталостный анализ стального каната и цепей должен адекватно учитывать дополнительную концентрацию напряжения в точках непосредственного контакта. Усталостное повреждение в таких условиях может быть снижено за счет проведения регулярного осмотра и регулировки линий, чтобы избежать концентрации изгибания в одном месте.
Свободный изгиб оконечностей стального каната может вызывать значительное усталостное повреждение и уменьшать срок наступления усталости. Должны устанавливаться устройства, ограничивающие изгибание в таких местах. Такие устройства проектируются, чтобы плавно переносить усилия от окончаний на канат в условиях всего диапазона осадок и перемещений плавучего сооружения.
Дополнительная информация и рекомендации приведены в А.9.2.4 (приложение А).
10.3 Процедура усталостного анализа
10.3.1 Общие сведения
Процедура определения натяжения якорных линий для усталостного анализа приведена в 10.3.3.2. Рекомендованные процедуры усталостного анализа описаны в 10.3.2 и 10.3.3, в то время как коэффициент безопасности усталостной прочности приведен в 11.5.
10.3.2 Накопленное усталостное повреждение
Накопленное усталостное повреждение в течение расчетного срока службы L принимается равным L, умноженному на годовое усталостное повреждение. Годовое усталостное повреждение компонентов якорных линий определяется как сумма годового усталостного повреждения, возникающего в виде комбинации n MDS.
Каждое MDS включает:
- определенное состояние моря, которое выбрано с целью дискретизировать долговременные внешние воздействия окружающей среды, в которых находится система позиционирования;
- вероятность возникновения определенного состояния моря;
- среднее перемещение и изменение курса, отражающие влияние воздействий ветра, течения и волнения на плавучее сооружение;
- типовые условия нагружения (т.е. расчетные условия эксплуатации) плавучего сооружения.
Годовое усталостное повреждение рассчитывают по формуле
,
(13)
где D - годовое усталостное повреждение компонента якорной линии, год-1;
- годовое усталостное повреждение, выраженное в MDSi, год-1.
Дискретизация в i = 1, ..., n комбинации должна учитывать чувствительность расчета на усталость к принятым входным параметрам, включая эффекты от:
- изменений направления среднего результирующего воздействия на плавучее сооружение ветра, течения и волнения;
- характерной высоты волны;
- периода пика спектра или среднего периода нулевого пересечения;
- параметра формы коэффициента пиковатости;
- среднего перемещения плавучего сооружения (из-за дрейфа, течения или других эффектов);
- гидродинамического демпфирования из-за течения или дрейфа;
- расчетного распределения профилей течения по глубине;
- условий нагружения плавучего сооружения.
10.3.3 Оценка усталостного повреждения
10.3.3.1 Общие сведения
После определения внешних условий окружающей среды, приведенных в 10.3.2, необходимо отобрать и задокументировать типовые данные по каждому MDS в качестве основы для долговременной усталостной оценки. Каждое условие окружающей среды должно определяться параметрами ветра, волн и течения и их направлений. Реакции плавучего сооружения должны быть выражены в значениях осадки, крена и дифферента (соответствующих конкретному распределению груза и балласта).
Необходимо определить годовую вероятность возникновения Pi расчетного состояния системы позиционирования MDSi. Как правило, следует рассматривать от восьми до десяти направлений, представляющих распределение по направлениям долговременных внешних воздействий окружающей среды. Оценка чувствительности, как это описано в 10.3.2, может использоваться для выявления количества состояний моря, необходимых для адекватного долговременного представления, обычно это от 10 до 50. Как правило, трех условий нагружения плавучих сооружений бывает достаточно: полностью загруженное плавучее сооружение, полностью загруженное балластом плавучее сооружение и плавучее сооружение в долговременном среднем эксплуатационном состоянии. Если система позиционирования работает в различных режимах, например, с/без присоединенного плавучего сооружения, то для каждого режима должен выполняться отдельный анализ.
Годовое усталостное повреждение, накопленное в отдельном MDS, рассчитывают по формуле
,
(14)
где - количество циклов безразмерного диапазона натяжения Тk, возникающего в MDSi, год-1;
- общее количество допустимых циклов для безразмерного диапазона натяжения Тk из формулы (12), год-1;
- безразмерный диапазон натяжения, как это определено в 10.2.2.
Количество циклов диапазона натяжения в год в каждой MDS может быть определено следующим образом:
,
(15)
где - нулевая частота, пересекающая снизу вверх спектр натяжения в MDSi, Гц;
- время, потраченное в MDSi в год, с;
- вероятность возникновения MDSi;
- среднее количество секунд в год = 3,15576 х 107 с.
Примечание - Упрощенная запись формулы (14) представлена в А.9.3.3.1, где Тk вытекает из распределения Рэлея, а кривая T-N согласуется с формулой (12).
Дополнительная информация и рекомендации приведены в А.9.3.3.1 (приложение А).
10.3.3.2 Определение диапазона натяжения
При выполнении анализа в частотной области стандартное отклонение низкочастотного натяжения вычисляют в районе среднего перемещения плавучего сооружения для каждого MDS, т.е.
,
(16)
где - эффективное стандартное отклонение низкочастотного натяжения, Н;
- натяжение при Smean + slf_s, Н;
- натяжение при среднем перемещении, Н;
- среднее перемещение сооружения, м, как определено в 9.2.2;
- стандартное отклонение низкочастотного колебания от верхней точки прикрепления до якоря, для каждой якорной линии, м.
Стандартное отклонение натяжения с частотой волны также вычисляют в районе среднего перемещения плавучего сооружения для каждой MDS.
При выполнении анализа во временной области изменение натяжения во времени может быть напрямую взято из анализа.
10.3.3.3 Комбинация натяжений с частотой волны и низкочастотных натяжений
10.3.3.3.1 Общие сведения
Для оценки усталостного повреждения допускается использовать следующие четыре метода для комбинации повреждений вследствие натяжений с частотой волн и низкочастотного натяжения:
a) метод простого суммирования: повреждение на частоте волн и низкочастотное повреждение вычисляют по отдельности, а суммарное повреждение берут как сумму двух повреждений;
b) метод комбинированного спектра: стандартные отклонения диапазонов натяжения на частоте волны и диапазоны низкочастотного натяжения вычисляют независимо друг от друга, на основе временных серий спектра натяжения на частоте волн и спектра натяжения на низких частотах; стандартное отклонение комбинированной реакции вычисляют с использованием формулы (19). Повреждение затем вычисляют с использованием комбинированного стандартного отклонения;
c) метод комбинированного спектра с поправочным коэффициентом, учитывающим данные двух полос частот, которые присутствуют в процессе натяжения: поправочный коэффициент умножается на результат, полученный методом комбинированного спектра, представленного в перечислении b);
d) метод подсчета циклов во временной области: усталостное повреждение вычисляют на основе временной зависимости натяжения с использованием метода подсчета, такого как "метод дождя", для оценки значения и количества циклов в диапазоне натяжения. Временную зависимость натяжения можно определить непосредственно путем анализа во временной области, либо она может быть определена на основе комбинированного анализа в низкочастотном спектре и в спектре частоты волн.
Относительные преимущества каждого из этих методов приведены ниже.
Метод из перечисления а) "простое суммирование" не является консервативным, но может применяться в отношении MDS, если вклад низкочастотного натяжения в общую реакцию натяжения является незначительным [ < 0,15, см. формулу (21)].
Метод из перечисления b) "комбинированный спектр" в целом консервативный и может применяться в отношении любого MDS.
Метод из перечисления с) "комбинированный спектр с поправочным коэффициентом, учитывающим данные двух полос частот, которые присутствуют в процессе натяжения" является усовершенствованием, которое позволяет получить менее завышенные результаты с отклонением в безопасную сторону, чем с использованием метода из перечисления b), и который также может применяться в отношении любого MDS. Однако усовершенствование, как правило, теряется в MDS, где низкочастотное натяжение сильно доминирует.
Метод из перечисления d) "подсчет циклов во временной области", при неукоснительном использовании с достаточным количеством моделирований во времени представляет диаграмму рассеяния волн, в целом, считается наиболее достоверным методом вычисления усталостного повреждения и должен использоваться в случаях, когда имеются временные зависимости комбинированного низкочастотного натяжения и натяжения с частотой волны.
Анализ процедур по методам из перечислений а), b) и с) представлен в 10.3.3.3.2-10.3.3.3.4.
Дополнительная информация и рекомендации приведены в А.9.3.3.3 (приложение А).
10.3.3.3.2 Простое суммирование
Годовое усталостное повреждение Di для состояния MDSi определяется путем использования по отдельности формул (14) и (15) применительно к диапазонам натяжения на частоте волн и низкочастотного диапазона натяжения. Результат дан в формуле (17):
,
(17)
где обозначения используются, как это определено в 10.2.2. Обозначения с нижним индексом Wi относятся к натяжению в MDSi только применительно к возбуждению на частоте волны, в то время как обозначения с нижним индексом Li относятся к натяжению в MDSi только за счет низкочастотного возбуждения, и где:
- количество циклов низкочастотного диапазона натяжения в год для MDSi на основании формулы (15), в котором средняя нулевая частота пересечения снизу вверх может быть вычислена путем 1/tn, где tn - период собственной частоты (продольно-горизонтальная качка, поперечно-горизонтальная качка и (или) рысканье, в зависимости от ситуации) удерживаемого сооружения, вычисляемое в его среднем положении;
- количество циклов натяжения с частотой волны в год в MDSi на основе формулы (15);
- отношение стандартного отклонения вариантов низкочастотного натяжения от среднего значения к эталонному разрывному усилию;
- отношение стандартного отклонения вариантов натяжения с частотой волны от среднего значения к эталонному разрывному усилию;
Г - гамма-функция.
K и m - определены в 9.2.2.
Примечание - Стандартное отклонение распределения вероятности диапазона натяжения в два раза больше стандартного отклонения натяжения.
10.3.3.3.3 Комбинированный спектр
Годовое усталостное повреждение Di для состояния MDSi определяется следующим образом на основе распределения Рэлея пиков натяжения:
,
(18)
где - отношение стандартного отклонения комбинированных вариантов низкочастотного натяжения и натяжения с частотой волны от среднего значения к эталонному разрывному усилию
,
(19)
где - количество циклов диапазона натяжения в год в MDSi на основе формулы (15), в котором средняя нулевая частота пересечения снизу вверх определяется следующим уравнением:
,
(20)
где - нулевая частота пересечения снизу вверх спектра натяжения с частотой волны в MDSi, Гц;
- нулевая частота пересечения снизу вверх низкочастотного спектра натяжения в MDSi (вычисляемое, как описано по nLi в 10.3.3.3.2), Гц;
,
(21)
.
(22)
10.3.3.3.4 Комбинированный спектр с поправочным коэффициентом, учитывающим данные двух полос частот, которые присутствуют в процессе натяжения
Годовое усталостное повреждение для состояния MDSi определяется на основе:
,
(23)
где
,
(24)
где - поправочный коэффициент, учитывающий данные двух полос частот, которые присутствуют в процессе натяжения;
- средняя частота пересечения снизу вверх в области нормализованных вариантов натяжения от среднего значения натяжения, Гц
,
(25)
где - параметр частотного диапазона для компонента на частоте волны нормализованных вариантов натяжения от среднего значения натяжения, которые могут быть взяты равными 0,1.
Значения гамма-функций в отношении стандартных значений m представлены в таблице 4.
Таблица 4 - Значение гамма-функции для стандартных значений m
|
Наименование показателя |
Обратный уклон кривой усталости T-N m |
|||
|
3,000 |
4,090 |
5,050 |
||
|
Гамма-функция Г |
Г |
1,329 |
2,086 |
3,417 |
|
Г |
1,000 |
1,373 |
2,047 |
|
10.3.3.4 Учет средних значений натяжения стальных канатов
Усталостное повреждение в стальном канате зависит от среднего значения натяжения, а также от переменной дополнительной составляющей. Для учета этого двойного воздействия сначала должно быть определено среднее натяжение для каждой линии в каждом MDS. Из таблицы 3 должны быть выбраны соответствующие типовые кривые усталости T-N для вычисления усталостного повреждения для этого MDS. Это значит, что в принципе различные типовые кривые усталости T-N могут применяться для каждой линии в каждом MDS.
Дополнительная информация и рекомендации приведены в А.9.3.3.4 (приложение А).
11 Расчетные критерии
11.1 Перемещения плавучих сооружений
Ограничения по перемещению плавучих сооружений устанавливают на основе требований к допускам и ограничениям к удовлетворительной работе оборудования, такого как шлангокабели, райзеры и переходные площадки, а также ко времени, которое требуется для безопасной работы любой системы отключения/разъединения. Для неповрежденного состояния, состояния резервного функционирования и переходного состояния плавучего сооружения следует применять различные критерии, подробное описание которых представлено ниже.
Перемещение плавучего сооружения от месторасположения скважины на дне моря контролируют, чтобы не допустить повреждения бурового оборудования, не затруднить доступ к скважине или не повредить добывающие райзеры.
Дополнительная информация и рекомендации к настоящему нормативному положению приведены в А.10.1 (приложение А).
11.2 Допустимые натяжения якорных линий
Для якорной линии допустимые натяжения выражают в виде процента от ее минимального разрывного усилия после вычета на коррозию и износ.
Допустимые натяжения в различных условиях и для разных методов анализа устанавливают в соответствии с данными таблицы 5, в которой также указаны расчетные коэффициенты безопасности. Эти ограничения применяют только в отношении надлежащим образом эксплуатируемых якорных линий, значения минимального разрывного усилия соединительных элементов которых выше или равны значениям минимального разрывного усилия для самих якорных линий.
Таблица 5 - Допустимые натяжения якорных линий для предельного состояния ULS по прочности и расчетные коэффициенты безопасности
|
Анализируемое состояние |
Метод анализа |
Допустимые натяжения якорной линии, % от минимального разрывного усилия |
Расчетный коэффициент безопасности |
|
Неповрежденное |
Квазистатический |
50 |
2,00 |
|
Неповрежденное |
Динамический |
60 |
1,67 |
|
Состояние резервного функционирования |
Квазистатический |
70 |
1,43 |
|
Состояние резервного функционирования |
Динамический |
80 |
1,25 |
|
Переходное |
Квазистатический или динамический |
95 |
1,05 |
Аналогичные ограничения по натяжению якорных линий применяют в комбинированных системах позиционирования (с якорными линиями и средствами активного управления), при условии, что система средств активного управления спроектирована с соответствующим уровнем надежности и способна внести значительный вклад в способность удерживать плавучее сооружение.
Дополнительная информация и рекомендации приведены в А.10.2 (приложение А).
11.3 Длина участков якорных линий, укладываемых на морское дно
В случае применения якорей, заглубляемых протаскиванием, длина забортного участка якорной линии должна быть достаточной, чтобы не допустить подрыва якоря при возникновении любого из состояний, указанных в 9.1.2.5, если только не подтверждено, что якорь обладает достаточным сопротивлением вертикальным выдергивающим усилиям. Рекомендации по применению якорей, заглубляемых протаскиванием, способных противостоять вертикальным выдергивающим усилиям, представлены в А.10.4.2.
В системах позиционирования возможно применение более коротких участков якорных линий, лежащих на морском дне, при условии использования свайных якорей, вакуумных якорей или якорей с высоким сопротивлением вертикальным выдергивающим усилиям.
Дополнительная информация и рекомендации приведены в А.10.3 (приложение А).
11.4 Системы позиционирования с якорными линиями
11.4.1 Общие сведения
Системы позиционирования с якорными линиями включают в себя следующие типы якорей:
- якоря, заглубляемые протаскиванием;
- свайные якоря (забивные, вакуумные, винтовые и буронабивные);
- другие типы якорей (гравитационные и плитовидные).
При выборе якорей учитывают требуемые характеристики системы позиционирования, характеристики грунта, надежность, способ установки и испытательную нагрузку. Следует продемонстрировать, что конструктивная прочность якорей является достаточной по отношению к удерживающей способности грунта.
Дополнительная информация и рекомендации приведены в А.10.4.1 (приложение А).
11.4.2 Якоря, заглубляемые протаскиванием
Наибольшая удерживающая способность якоря, заглубляемого протаскиванием, представляет собой максимальную горизонтальную составляющую установившегося тягового усилия, которому может противодействовать якорь при непрерывном протаскивании. Она включает в себя сопротивление грунту погруженных в морское дно цепи или каната, идущих к заглубленному якорю, но не включает силу трения цепи или каната при протаскивании их по поверхности морского дна.
Для стандартных систем позиционирования и условий грунта (т.е. однородной плотной глины в диапазоне от мягкой до средней) самое большое из экстремальных натяжений якорных линий не должно превышать предельной удерживающей способности, деленной на расчетный коэффициент безопасности, приведенный в таблице 6.
Дополнительная информация и рекомендации приведены в А.10.4.2 (приложение А).
Таблица 6 - Расчетные коэффициенты безопасности для предельного состояния ULS по удерживающей способности якоря, заглубляемого протаскиванием
|
Тип системы позиционирования |
Анализируемое состояние |
Расчетный коэффициент безопасности |
|
|
Квазистатический анализ |
Динамический анализ |
||
|
Стационарная система позиционирования |
Неповрежденное |
Не предусмотрен |
1,50 |
|
Состояние резервного функционирования |
Не предусмотрен |
1,00 |
|
|
Мобильная система позиционирования |
Неповрежденное |
1,00 |
0,80 |
|
Состояние резервного функционирования |
Не требуется |
Не требуется |
|
Расчетные коэффициенты безопасности для плитовидных якорей, заглубляемых протаскиванием, необходимо принимать в соответствии с рекомендациями А.10.4.4.2.1.4 (приложение А).
11.4.3 Свайные якоря
Типовые вертикальные и горизонтальные сопротивления свайных якорей следует определять в соответствии с требованиями к стационарным стальным конструкциям, сообразно обстоятельствам. Вертикальные и горизонтальные компоненты наибольшего из экстремальных значений натяжения якорных линий, полученные с помощью динамического анализа, не должны превышать существующих значений сопротивления, деленного на расчетные коэффициенты безопасности, приведенные в таблице 7.
Таблица 7 - Расчетные коэффициенты безопасности для предельного состояния ULS по удерживающей способности забивных и вакуумных якорей
|
Анализируемое состояние |
Расчетный коэффициент безопасности |
|||
|
Стационарная система позиционирования |
Мобильная система позиционирования |
|||
|
Осевая нагрузка |
Боковая нагрузка |
Осевая нагрузка |
Боковая нагрузка |
|
|
Неповрежденное |
2,00 |
1,60 |
1,50 |
1,20 |
|
Состояние резервного функционирования |
1,50 |
1,20 |
1,20 |
1,00 |
Дополнительная информация и рекомендации приведены в А.10.4.3 (приложение А).
11.4.4 Другие типы якорей
Расчетные коэффициенты безопасности для гравитационных и плитовидных якорей представлены в таблице 8. Другие типы якорей могут использоваться при условии, что имеется возможность документального оформления достижения ими аналогичных уровней надежности по отношению к якорям, которые представлены в таблицах 6-8. Расчетные коэффициенты безопасности - отношение удерживающей способности якоря, принятой по кривой отказа, к экстремальному значению усилий на якоре, определяемых в рамках динамического анализа.
Таблица 8 - Расчетные коэффициенты безопасности для предельного состояния ULS по удерживающей способности гравитационных и плитовидных якорей
|
Анализируемое состояние |
Расчетный коэффициент безопасности |
|||||
|
Гравитационный якорь |
Плитовидный якорь |
|||||
|
Стационарная система позиционирования |
Мобильная система позиционирования |
Стационарная система позиционирования |
Мобильная система позиционирования |
|||
|
Осевая нагрузка |
Боковая нагрузка |
Осевая нагрузка |
Боковая нагрузка |
|||
|
Неповрежденное |
2,00 |
1,60 |
1,50 |
1,20 |
2,00 |
1,50 |
|
Состояние резервного функционирования |
1,50 |
1,20 |
1,20 |
1,00 |
1,50 |
1,20 |
Дополнительная информация и рекомендации приведены в А.10.4.4 (приложение А).
11.4.5 Удерживающая способность цепей и стальных канатов
Удерживающую способность, основанную на трении цепи и стального каната, лежащих на поверхности морского дна, рассчитывают по формуле
,
(26)
где - удерживающая способность цепи или стального каната, Н;
- коэффициент трения цепи или стального каната о поверхность морского дна [дополнительная информация и рекомендации приведены в А.10.4.2.12 и А.10.4.5 (приложение А)];
- длина цепи или стального каната, лежащая на поверхности морского дна, м;
- вес погруженного элемента цепи или стального каната в воде, Н/м.
Дополнительная информация и рекомендации приведены в А.10.4.5 (приложение А).
11.4.6 Обтяжка якорных линий
11.4.6.1 Общие сведения
Перед началом эксплуатации систем позиционирования и после существенных изменений в конфигурации систем позиционирования, выполненных намеренно, либо в результате воздействий окружающей среды или вследствие опасных событий, необходимо выполнить обтяжку всех якорных линий. Обтяжка якорных линий выполняется для установки плавучего сооружения в проектное положение, проверки удерживающей способности системы позиционирования, устранения ослабления натяжения участков якорных линий, заглубленных в морское дно, и для обнаружения любых существенных повреждений элементов системы позиционирования при монтаже. Требования к нагрузкам для обтяжки определяются проектантом в соответствии с нижеследующими подпунктами. Более подробная информация по обтяжке вакуумных и плитовидных якорей представлена в А.10.4.6.1.
Необходимо принимать во внимание, что нагрузка для обтяжки якорных линий систем позиционирования должна быть установлена достаточно высокой, но чтобы дополнительная нагрузка, соответствующая расчетному воздействию, не перегружала соседние якорные линии. Подробнее данные вопросы рассмотрены в А.10.4.2.1, А.10.4.2.10 и А.10.4.2.11.
Дополнительная информация и рекомендации приведены в А.10.4.6.1 (приложение А).
11.4.6.2 Стационарные системы позиционирования
Для якорных линий с якорями, заглубляемыми протаскиванием, значение нагрузки для обтяжки в условиях мягких глинистых грунтов, где возможно глубокое проникновение якорей, должно составлять не менее 80 % от силы, вызванной внешними расчетными условиями, как определено расчетом динамическим методом для неповрежденного состояния. В твердом, песчаном или слоистом грунте, где заглубление якоря ограничивается на длину не более чем длина лап якоря, значение нагрузки при испытаниях должно быть выше и доходить до 100 % или больше от силы, вызванной внешними расчетными условиями, как определено динамическим методом анализа для неповрежденного состояния.
Для якорных линий с неподвижными якорями, например со свайными и вакуумными якорями, значение нагрузки для обтяжки должно быть достаточным для обеспечения правильной установки всей системы позиционирования и обеспечения образования достаточной обратной кривой провеса для предотвращения недопустимого провисания якорных линий в результате дополнительного действия обратного провеса в штормовых условиях.
Продолжительность приложения нагрузки для обтяжки якорных линий должна составлять не менее 15 мин.
Необходимо принимать во внимание, что нагрузка для обтяжки якорных линий систем позиционирования должна быть установлена достаточно высокой, но чтобы дополнительная нагрузка, соответствующая расчетному воздействию, не перегружала соседние якорные линии. Подробнее данные вопросы рассмотрены в А.10.4.2.1, А.10.4.2.10 и А.10.4.2.11.
Дополнительная информация и рекомендации приведены в А.10.4.6.2 (приложение А).
11.4.6.3 Мобильные системы позиционирования
Для якорных линий с якорями, заглубляемыми протаскиванием, значение нагрузки для обтяжки должно определяться с учетом ряда факторов, включая тип якоря, характеристики грунта, тягового усилия лебедки и способа установки и извлечения якоря. По меньшей мере, должно быть выполнено следующее:
- нагрузка для обтяжки, создаваемая лебедкой, должна быть не менее, чем самое высокое значение из экстремальных значений натяжения для системы позиционирования в неповрежденном состоянии в условиях расчетной ситуации для предельного состояния SLS;
- нагрузка для обтяжки на веретене якоря при его установке должна составлять не менее трехкратной массы якоря;
- для системы позиционирования, которая находится вблизи других сооружений, нагрузка для обтяжки, создаваемая лебедкой, не должна быть меньше среднего натяжения якорной линии системы позиционирования в неповрежденном состоянии в условиях расчетной ситуации для предельного состояния ULS;
- продолжительность приложения нагрузки для обтяжки должна составлять не менее 15 мин.
11.5 Коэффициент безопасности усталостной прочности
Общее накопленное усталостное повреждение должно соответствовать:
,
(27)
где - общее накопленное повреждение ото всех источников в течение срока службы системы позиционирования;
+ любое усталостное повреждение от других источников;
D - годовое усталостное повреждение, определяемое в соответствии с 10.3, год-1;
L - расчетный срок службы (см. 10.3.2), год;
- коэффициент безопасности усталостной прочности.
Минимальное значение должно быть 3,0.
Дополнительная информация и рекомендации приведены в А.10.5 (приложение А).
11.6 Коррозия и износ
Защита от коррозии и износа (в т. ч. от фреттинг-коррозии) применяется для стационарных систем позиционирования.
Для цепей допуск на коррозию и износ обеспечивается за счет соответствующего увеличения калибра звеньев. Увеличение определяется путем проведения специальной оценки условий площадки установки в зависимости от нескольких параметров, например солености воды. Стандартными значениями допусков на коррозию и износ являются:
- 0,2-0,8 мм в год расчетного срока службы для компонентов якорной линии в зоне периодического смачивания или в зоне контакта на участке моря с твердым грунтом;
- 0,1-0,2 мм в год расчетного срока службы применительно к оставшейся длине.
Коррозия стального каната в местах заделки в патроны (муфты) может ускоряться, если канат с гальваническим покрытием действует как анод для соседних деталей. Для стационарных систем либо канат должен быть электрически изолирован от зажимов, либо зажимы должны быть электрически изолированы от соседних деталей. Дополнительная защита от коррозии может быть обеспечена за счет добавления протекторных анодов на этом участке.
Дополнительная информация и рекомендации приведены в А.10.6 (приложение А).
11.7 Зазоры безопасности
11.7.1 Общие требования
Зазоры безопасности между плавучим сооружением или элементами системы его позиционирования и другими сооружениями должны соответствовать национальным и (или) федеральным нормативным актам. Если не существует иных руководств, то допуски, для анализируемых состояний, указанных в 9.1.1.5, должны удовлетворять требованиям 11.7.3, 11.7.4.
11.7.2 Пересечение якорными линиями подводных трубопроводов
Минимальный вертикальный зазор между поднимающимся участком якорной линии, находящейся в неповрежденном состоянии, и пересекаемым ею подводным трубопроводом, проложенным по поверхности морского дна, должен составлять 10 м. Якорная линия, находящаяся в неповрежденном состоянии, может проходить над защищенным трубопроводом и касаться его при условии, что такой контакт является постоянным и не прерывается при всем размахе неповрежденной якорной линии, т.е. контакт происходит без соударений.
11.7.3 Горизонтальные зазоры безопасности между сооружениями
Минимальный горизонтальный зазор 10 м должен сохраняться между плавучим сооружением, включая его якорные линии, и любыми другими сооружениями для всех анализируемых состояний в соответствии с 9.1.1.5.
Требования по зазорам могут быть снижены после соответствующей оценки рисков.
11.7.4 Зазоры безопасности между якорями, заглубляемым протаскиванием, и другими сооружениями
Если траектория протаскивания якоря плавучего сооружения пересекает уже имеющиеся на площадке установки сооружения, то зазор между конечным положением якоря и другими сооружениями должен составлять не менее 300 м. Если направление протаскивания якоря находится в стороне от сооружений, то зазор должен составлять не менее 100 м.
11.8 Вспомогательные конструкции
Необходимая прочность вспомогательных конструкций, таких как стопорные устройства, направляющие блоки и их фундаменты, должна быть больше, чем аналогичные компоненты якорных линий. Особое внимание необходимо уделять проектированию вспомогательных конструкций, чтобы их отказ не привел к отказу нескольких якорных линий.
12 Оборудование систем позиционирования
12.1 Компоненты якорных линий
12.1.1 Общие сведения
Изготовление оборудования систем позиционирования выполняется с обеспечением качества на соответствующем уровне.
12.1.2 Стальные канаты
Стальные канаты якорных линий не должны иметь сердечника из волокна.
Пространство между проволоками в канате заполняют защитным компаундом хорошего качества.
Концы каждого участка каната заделывают в патроны (муфты) с заливкой смолой или цинком.
Во всем остальном стальные канаты якорных линий и патроны (муфты) заделки концов канатов должны соответствовать требованиям к материалам, конструкциям, изготовлению и испытаниям, приведенным в соответствующих межгосударственных и национальных стандартах, правилах РМРС или другого ПКО.
Дополнительная информация и рекомендации приведены в А.11.1.2 (приложение А).
12.1.3 Цепи
Цепи якорных линий и их комплектующие должны удовлетворять требованиям в части материалов, конструкций, изготовления и испытаний Правил РМРС [5] или другого ПКО, а также требованиям соответствующих межгосударственных и национальных стандартов.
Дополнительная информация и рекомендации к настоящему нормативному положению приведены в А.11.1.3 (приложение А).
12.1.4 Соединительные звенья
Соединительные звенья якорных цепей должны удовлетворять требованиям в части материалов, конструкций, изготовления и испытаний Правил РМРС [5] или другого ПКО, а также требованиям соответствующих межгосударственных и национальных стандартов.
Дополнительная информация и рекомендации приведены в А.11.1.4 (приложение А).
12.1.5 Амортизирующие буи
Надводные амортизирующие буи необходимо проектировать для нахождения в плавучем положении, с максимальной степенью погружения 67 %, в условиях неповрежденного состояния и состояния резервного функционирования, если иное не предусмотрено при проектировании. Корпус буя должен был разделен на водонепроницаемые отсеки для снижения риска его затопления при возникновении повреждений.
Подводные амортизирующие стальные буи необходимо проектировать с учетом нагрузок от внешнего давления в соответствии с требованиями ГОСТ 34233.1 для условий максимальной рабочей глубины, определенной при выполнении анализа системы позиционирования. Расчетный коэффициент безопасности должен быть не менее 1,5 для стационарных систем позиционирования и 1,2 - для мобильных систем позиционирования. Дополнительная информация и рекомендации приведены в А.11.1.5 (приложение А).
Для буев из вспененного поливинилхлорида допустимое гидростатическое давление должно определяться путем отношения значения гидростатического разрушающего давления к расчетному коэффициенту безопасности. Выбор расчетного коэффициента безопасности зависит от конструктивной прочности и значимости выполняемой функции данным амортизирующим буем в системе позиционирования.
Колебательные движения буя учитывают в конструкциях узлов его крепления.
12.2 Лебедки
Лебедки должны удовлетворять требованиям соответствующих международных и национальных стандартов.
Якорные линии подвержены сильному износу и высоким напряжениям в районе направляющих блоков и стопорных устройств. Направляющие блоки и стопорные устройства следует проектировать с целью минимизации износа и усталостного повреждения компонентов якорных линий.
Дополнительная информация и рекомендации приведены в А.11.2 (приложение А).
12.3 Оборудование мониторинга систем позиционирования
12.3.1 Натяжение якорных линий
Удерживаемые плавучие сооружения оборудуют откалиброванными системами для измерения натяжения якорных линий, если эксплуатационные требования предусматривают регулирование линий, а натяжение линий должно непрерывно отображаться на индикаторе каждой лебедки. Для тех стационарных систем позиционирования, для которых не требуется устройство для измерения натяжения, устанавливают средства обнаружения неисправности системы позиционирования.
Для комбинированных систем позиционирования (с якорными линиями и средствами активного управления), которые предназначены для снижения натяжения якорных линий, предусматривают средства отображения показаний натяжения якорных линий и (или) перемещений плавучего сооружения. Эти средства должны быть достаточными для резервирования в случае отказа одной якорной линии.
12.3.2 Вытравливание якорных линий
Если при работе плавучего сооружения, удерживаемого системой позиционирования, требуется регулировка якорных линий, то их оснащают оборудованием для измерения длины вытравленной якорной линии.
12.3.3 Положение плавучих сооружений
Если требования к эксплуатационной надежности накладывают ограничения на перемещения плавучего сооружения, то сооружение должно быть оборудовано системой мониторинга его положения. Для мобильных морских буровых установок система позиционирования должна быть оснащена системой мониторинга расстояния от устья скважины/точки крепления райзеров до плавучего сооружения.
Для комбинированных систем позиционирования (с якорными линиями и средствами активного управления) определение положения предусматривается с учетом резервирования в случае единичного отказа.
12.3.4 Курс постановки плавучих сооружений
Плавучие сооружения, подсоединенные к одноточечным плавучим причалам с системами позиционирования, оборудуют аппаратурой для контроля курса постановки. Выполнение контроля курса постановки необходимо обеспечивать, по меньшей мере, двумя различными датчиками курса.
Если курс контролируется автоматически, то точность и скорость обновления данных обоих датчиков должны соответствовать требованиям автоматического контроля. Если необходимость выполнения контроля курса постановки плавучего сооружения имеет решающее значение, должны быть предусмотрены три независимых датчика курса.
Для мобильных плавучих сооружений требования к курсу постановки представлены в соответствующих рекомендациях ИМО и IMCA, см. А.11.3 (приложение А).
13 Мониторинг технического состояния, инспектирование и техническое обслуживание
13.1 Общие сведения
Требования к мониторингу технического состояния, инспектированию и техническому обслуживанию мобильных систем позиционирования, которые регулярно используются и перемещаются на новые площадки установки, хорошо отработаны (см. 13.2). Стационарные системы позиционирования должны оставаться на площадке установки в течение всего расчетного срока службы. Мероприятия по мониторингу их технического состояния, инспектированию и техническому обслуживанию систем позиционирования необходимо осуществлять при помощи системы управления конструктивной целостностью в соответствии с 13.3.
13.2 Мобильные системы позиционирования
Инспектирование в процессе эксплуатации компонентов якорной линии должно отвечать требованиям рекомендаций ИМО, правил ПКО или другим соответствующим документам, распространяющимся на проектирование и эксплуатацию мобильных плавучих сооружений, см. А.12.2.
Дополнительная информация и рекомендации приведены в А.12.2 (приложение А).
13.3 Стационарные системы позиционирования
13.3.1 Общие сведения
Эксплуатирующая организация должна осуществлять проведение соответствующих мероприятий, которые обеспечивают мониторинг и поддержание конструктивной целостности системы позиционирования в течение ее расчетного срока службы. Такие мероприятия должны включать в себя техническое обслуживание и инспектирование системы позиционирования, периодическую оценку ее состояния применительно к первоначальным ожидаемым результатам в ходе проектирования, оценку разрушения или предполагаемого разрушения, и организационные мероприятия по ремонту и (или) замене в случае повреждения или износа. Периодические оценки должны отражать текущие эффективные практики и вносить накопленные знания и изменения в уровне риска сообразно обстоятельствам. Частота, объем работ и методы технического контроля должны быть адекватными, чтобы обеспечить гарантию, вместе с сопутствующими оценками о том, что конструктивная целостность системы позиционирования обеспечивается.
При формировании программы технического обслуживания учитывают необходимость замены элементов системы позиционирования вследствие их коррозии, износа или повреждений, которая может потребовать большого количества времени и быть сопряжена с дополнительными рисками, особенно в случае необходимости выполнения водолазных работ.
Целью системы управления конструктивной целостностью является строгое соблюдение процессов обеспечения конструктивной целостности системы позиционирования на протяжении всего расчетного срока ее службы. Это предусматривает предоставление безопасных и эффективных средств технического контроля, мониторинга техобслуживания системы, а также ремонта и (или) замены элементов системы позиционирования в соответствии с требованиями, представленными в 6.4.
Дополнительная информация и рекомендации приведены в А.12.3.1 (приложение А).
13.3.2 Основные принципы системы управления конструктивной целостностью
13.3.2.1 Общие сведения
Основные принципы управления конструктивной целостностью могут изменяться в зависимости от продолжительности разработки месторождения, типа плавучего сооружения, конфигурации системы позиционирования, а также сложности или иных аспектов местной инфраструктуры. В свою очередь, эти факторы влияют на детализацию системы управления конструктивной целостностью. Подходы к реализации системы управления конструктивной целостностью позволяют предусматривать активное применение оборудования мониторинга конструктивной целостности в одном случае или широкое применение программ инспектирования в другом случае. Один подход предусматривает профилактическую замену элементов, другой подход - замену элементов после их поломки. Соответственно различные подходы приводят к различным вариантам разработки и реализации системы управления конструктивной целостностью. Независимо от принятых принципов, результирующая система управления конструктивной целостностью должна восприниматься как система поддержания целостности системы позиционирования на протяжении ее расчетного срока службы.
Разработка и внедрение системы управления конструктивной целостностью осуществляется посредством следующих этапов:
a) разработка базы данных и сбор данных;
b) оценка;
c) планирование;
d) внедрение;
е) верификация.
Мероприятия по каждому этапу не обязательно являются взаимоисключающими и поэтому возможно параллельное выполнение работ на различных этапах.
13.3.2.2 Разработка базы данных и сбор данных
База данных должна содержать информацию о жизненном цикле системы позиционирования, включая этапы проектирования, строительства и эксплуатации системы, и акцентировать внимание на особенностях, ошибках и неопределенностях, выявленных при проектировании, изготовлении, монтаже, плановых и внеплановых осмотрах, мониторинге, ремонтах, модернизациях и т.п.
Особое внимание необходимо уделить тем системам, элементам и деталям, которые могут создавать проблемы в период эксплуатации систем позиционирования, в том числе:
- якорным линиям в зонах периодического смачивания и биений о поверхность морского дна на предмет коррозии и износа;
- концевым элементам стальных канатов на предмет попадания воды, коррозии и усталости;
- соединительным элементам на предмет усталости и коррозии;
- внутренним слоям канатов на лебедках барабанного типа на предмет коррозии и износа;
- якорным линиям в районе направляющих блоков, отводных блоков, стопорных устройств и захватов на предмет износа и усталости.
База данных должна обеспечивать выполнение процессов хранения и копирования ее информации в требуемом формате. Копия базы данных должна храниться на плавучем сооружении в дополнение к основной копии, хранящейся у эксплуатирующей организации.
13.3.2.3 Оценка
Оценку выполняют с учетом конструктивных особенностей плавучего сооружения, гидрометеорологических и геологических условий площадки установки и основывают на обеспечении соответствия системы позиционирования ее пригодности к использованию. Оценка должна учитывать расчетный срок службы МНГС и, как минимум, должна выполняться ежегодно, а также при смене эксплуатирующей организации, изменении площадки установки плавучего сооружения, после аварий, ремонтов или модернизаций.
Оценка включает оценку рисков, анализ методом конечных элементов, а также другие формы оценок (если необходимо) всей системы, или ее элементов, там, где возникло повреждение, или это может касаться известных проблемных зон, в зависимости от ситуации. Подход, основанный на проведении инспекций с учетом зон риска, может, как правило, быть весьма полезным в процессе оценки и для построения графика инспекций. Такой подход позволяет точно оценить вероятность и риски и соотнести их с целевыми показателями.
13.3.2.4 Планирование
Планирование должно определить процессы, процедуры и методы, которые должны быть исполнены по результатам этапа оценки, для обеспечения пригодности к использованию системы позиционирования. Механизмы отказа, степень ухудшения характеристик, а также последствия отказа следует анализировать, чтобы определить методы, частоту и объем инспектирования и возможный ремонт и (или) замену.
13.3.2.5 Внедрение
Внедрение является этапом исполнения процессов, процедур и методов, определенных в ходе этапа планирования, и должно включать комплекс работ по мониторингу технического состояния, инспектированию и техническому обслуживанию систем позиционирования, выполняемых по определенным программам.
Данные, собранные на этом этапе, а также процессы, процедуры и методы, определенные в ходе этапа планирования, должны быть включены в базу данных, обновление которой необходимо проводить не реже одного раза в год.
13.3.2.6 Верификация
Верификацию эффективности функционирования системы управления конструктивной целостностью системы позиционирования целесообразно выполнять с привлечением специализированной организации.
14 Системы динамического позиционирования
14.1 Введение
14.1.1 Общие сведения
Настоящий подраздел стандарта не устанавливает требований к проектированию систем динамического позиционирования. Проектирование данных систем рекомендуется выполнять согласно соответствующим рекомендациям ИМО и правилам ПКО, ссылки на которые приведены в А.13 (приложение А). При этом в нижеследующих пунктах обобщаются факторы, которые необходимо учитывать при проектировании, и приведены дополнительные рекомендации к системам динамического позиционирования.
Дополнительная информация и рекомендации приведены в А.13.1 (приложение А).
14.1.2 Оборудование систем динамического позиционирования
Системы динамического позиционирования должны состоять из совокупности следующих подсистем и оборудования:
- электроэнергетической подсистемы, включающей первичные двигатели генераторов с их вспомогательными механизмами, устройствами и трубопроводами, генераторы, распределительные щиты, кабельную сеть и т.д.;
- подсистемы движителей и средств активного управления, включающей движители и средства активного управления с их приводами и вспомогательными механизмами, трубопроводы и цистерны гидравлики (при наличии), электрическое и электронное оборудование индивидуального управления движителями и устройствами, органы ручного и автоматизированного управления устройствами;
- подсистемы управления, включающей компьютеры с их программным обеспечением и интерфейсами, систему автоматизированного управления механизмами с применением одного органа управления (джойстика) или нескольких органов управления, систему датчиков положения плавучего сооружения и воздействующих на него внешних сил и датчиков обратных связей, систему операторских пультов с органами управления и информационными мониторами, систему выработки параметров управляющих воздействий движителями и средствами активного управления, кабельную силовую, информационную и управляющую сети.
Дополнительная информация и рекомендации приведены в А.13.1.2 (приложение А).
14.2 Проектирование и анализ
14.2.1 Анализ видов и последствий отказов
Учитывая потенциальные последствия потери плавучим сооружением удерживаемой позиции относительно заданной точки, системы динамического позиционирования следует проектировать с запасом надежности и со встроенным резервированием. Анализ видов и последствий отказов (FMEA) выполняют для плавучих сооружений с системами динамического позиционирования и дополнительно проводят в ходе эксплуатации. Типы отказов, которые рассматривают в рамках FMEA, должны включать в себя анализ следующих ситуаций:
- внезапную поломку основных элементов оборудования;
- внезапную или последовательную поломку нескольких единиц взаимосвязанного оборудования;
- нестабильность управления и мониторинга, а также отказ методов обнаружения и блокирования;
- отказы, которые могут быть скрыты, пока не произойдут другие отказы.
Системы динамического позиционирования проектируют таким образом, чтобы, по мере возможности, отсутствовали единичные отказы, которые могли бы привести к потере удерживаемой позиции и (или) курса. Кроме того, системам динамического позиционирования должен быть присвоен класс в соответствии с 14.2.2.
14.2.2 Классы систем динамического позиционирования
Исходя из тяжести последствий потери плавучим сооружением положения над заданной точкой, системы динамического позиционирования, перечень оборудования которых представлен в 14.1.2, по резервированию подразделяют на три класса, при этом класс 1 имеет наименьшее, а класс 3 имеет наибольшее резервирование.
Классы систем динамического позиционирования должны соответствовать требованиям Правил РМРС [2] или другого ПКО:
a) система динамического позиционирования класса 1 является системой с минимальным резервированием, оборудование которой допускает потерю плавучим сооружением положения над заданной точкой в случае единичного отказа либо одного активного элемента (средства активного управления, его локальной системы управления, генератора системы питания, автоматизированного клапана), либо одного пассивного элемента (трубопровода, кабеля питания или управления, управляемого вручную клапана и т.п.).
Система динамического позиционирования класса 1 должна иметь резервирование следующих элементов:
- исполнительных средств активного управления с их локальными системами управления;
- системы управления (одна ручная система управления, вторая - компьютеризированная);
- датчиков курса;
b) система динамического позиционирования класса 2 должна обеспечивать удержание плавучего сооружения над заданной точкой при единичном отказе в любом активном элементе.
Система динамического позиционирования класса 2 должна иметь резервирование следующих элементов:
- электроэнергетической подсистемы питания;
- исполнительных средств активного управления с их локальными системами управления;
- компьютеризированной системы управления;
- датчиков курса;
с) система динамического позиционирования класса 3 должна обеспечивать удержание плавучего сооружения над заданной точкой при единичном отказе в следующих вариантах:
- при отказе в любом одном активном и пассивном элементе [см. описание а)] из находящихся в разных водонепроницаемых отсеках;
- при отказе активных и пассивных элементов, находящихся в любом одном из водонепроницаемых отсеков в результате затопления или пожара;
- при отказе активных и пассивных элементов, находящихся в любой из противопожарных зон, в результате пожара или взрыва.
Система динамического позиционирования класса 3 должна иметь резервирование элементов, как указано для класса 2, но дополнительно все резервированные элементы должны быть разделены водонепроницаемыми или противопожарными переборками класса А-60.
Используя данную классификацию и результаты анализа FMEA, на оборудовании системы позиционирования плавучего сооружения необходимо разместить условные обозначения его класса.
Дополнительная информация и рекомендации приведены в А.13.2.2 (приложение А).
14.3 Проектирование, испытания и техническое обслуживание
Система средств активного управления должна быть спроектирована таким образом, чтобы, насколько это возможно, в ней отсутствовали единые точки отказа. Необходимо запланировать серию ходовых испытаний в целях верификации результатов анализа системы средств активного управления по методу FMEA, демонстрации влияния различных режимов отказа на функционирование и проверки способности оборудования и процедуры обеспечивать безотказность работы системы динамического позиционирования.
После ходовых испытаний системы динамического позиционирования проводят ежегодные испытания для подтверждения того, что система динамического позиционирования поддерживается в хорошем работоспособном состоянии. Ежегодные испытания всех важных систем и компонентов проводят в целях подтверждения способности системы динамического позиционирования, в соответствии с присвоенным ей классом (см. 14.2.2), обеспечивать удержание плавучего сооружения над заданной точкой, в том числе с заданным курсом, после возникновения единичных отказов.
Испытания выполняют всякий раз, когда обнаруживают и устраняют дефект, либо когда происходит авария, которая отрицательно влияет на безопасность плавучего сооружения с динамическим позиционированием, либо когда выполняется ремонт или модернизация.
Дополнительная информация и рекомендации приведены в А.13.3 (приложение А).
14.4 Эксплуатационный персонал
Эксплуатацию плавучих сооружений с системами динамического позиционирования осуществляет только сертифицированный и специально обученный персонал.
Дополнительная информация и рекомендации приведены в А.13.4 (приложение А).
14.5 Определение удерживающей способности
Анализ удерживающей способности выполняют для определения способности системы динамического позиционирования сохранять положение плавучего сооружения в пределах приемлемого круга безопасности в условиях предельного состояния по критериям несущей способности ULS и предельного состояния по критериям пригодности к нормальной эксплуатации SLS, в зависимости от того что более применимо. Такой анализ выполняется для новых проектов и для отдельных операций.
Дополнительная информация и рекомендации приведены в А.13.5 (приложение А).
15 Системы позиционирования с якорными линиями из волоконных синтетических канатов
15.1 Общие сведения
В этом пункте изложены требования к проектированию или оценке стационарных и мобильных систем позиционирования, в которых используются волоконные синтетические канаты. В разделе не рассматриваются другие варианты применения волоконных синтетических канатов в качестве буксирных канатов, швартовных канатов танкеров, одноточечных плавучих причалов и SALM. Кроме того, имеется очень мало данных по испытаниям в отношении больших волоконных синтетических канатов, стационарно развернутых вокруг направляющих блоков, поскольку такие данные касаются лишь канатов, свободно висящих между оконечными точками. Волоконные синтетические канаты не должны длительно (без движения) находиться в направляющих блоках.
Все требования, определенные в разделах 6-13, применимы к якорным линиям, выполненным из волоконных синтетических канатов, если только не указано иное применительно к данному пункту.
На волоконных синтетических канатах должны быть предусмотрены оболочки для защиты от внешнего истирания, которое возникает в период эксплуатации, при монтаже и при извлечении. Необходимо избегать контакта с другими канатами, шлангокабелями и т.п., особенно при монтаже, так как это может привести к повреждению каната.
Волоконные синтетические канаты следует классифицировать в соответствии с требованиями ПКО или другими соответствующими техническими условиями. Классификационные процедуры должны рассматривать, по крайней мере:
- прочность каната;
- свойства натяжения-удлинения;
- усталостную прочность;
- защиту каната (покрытие и защита от проникновения частиц);
- кручение, если применимо.
Технология позиционирования с использованием волоконных синтетических канатов стремительно развивается. Проектанты должны предпринимать соответствующие меры, чтобы обеспечить использование соответствующих технологических преимуществ.
Дополнительная информация и рекомендации приведены в А.14.1 (приложение А).
15.2 Анализ систем позиционирования с якорными линиями из волоконных синтетических канатов
15.2.1 Анализ свойств натяжения-удлинения волоконных синтетических канатов
Свойства натяжения-удлинения волоконных канатов являются нелинейными и зависят от диаграммы натяжения якорных линий. Свойства натяжения-удлинения якорных линий из волоконных синтетических канатов оказывают воздействие на реакцию всей системы (плавучее сооружение и система позиционирования) посредством:
- изменения длины участков каната в течение расчетного срока службы;
- изменения длины якорной линии и соответствующего среднего натяжения в меняющейся окружающей обстановке, включая эффект продолжительности этих условий;
- низкочастотной реакции перемещений плавучего сооружения;
- реакции якорной линии на частоте волны.
При отсутствии более достоверной модели, верхняя граница (шторм) и нижняя граница (после установки) значений жесткости часто используются для прогнозирования усилий позиционирования и перемещений сооружений, соответственно. Тем не менее необходимо соблюдать осторожность в определенных обстоятельствах (например, в случае сооружений, восприимчивых к перемещениям, вызываемым вихреобразованием), для которых метод верхняя граница/нижняя граница необязательно является консервативным.
Дополнительная информация и рекомендации приведены в А.14.2.1 (приложение А).
15.2.2 Длина якорных линий из волоконных синтетических канатов
Проектные решения по системам позиционирования должны обеспечивать поддержание достаточного зазора безопасности между направляющими блоками и поверхностью морского дна. В конструкции необходимо учитывать протягивание при установке и дополнительной настройке, а также удлинение за счет ползучести в течение расчетного срока службы, чтобы верхний конец каната был на расстоянии от направляющего блока на сооружении, а минимальные требования по натяжению якорной линии, указанные в 15.5.2, были соблюдены.
Самая высшая точка установки волоконного каната должна находиться на глубине, исключающей возможность его механического повреждения вследствие маневрирования судов обеспечения и морских работ, выполняемых на акватории месторождения, а также обеспечивать уменьшения вредных воздействий проникающего солнечного света, отложения солей и обрастания морскими организмами.
Для стационарных и мобильных систем позиционирования самая нижняя точка установки волоконного синтетического каната должна находиться на глубине, исключающей его контакт с поверхностью морского дна, в любом из условий неповрежденного состояния. Если волоконный канат имеет надежную защиту от попадания твердых частиц (например, оплетку, как указано в [6]), и обеспечено условие отсутствия на поверхности морского дна участков, сложенных прочными грунтами или неровностей, то контакт каната с поверхностью морского дна допустим во время выполнения операций по монтажу системы позиционирования и в условиях состояния резервного функционирования.
Для мобильных систем позиционирования волоконные канаты с надежной защитой от попадания частиц и защитными кожухами могут контактировать с морским дном в ходе работы в нормальных условиях, если они специально предназначены для такого использования. Проектант системы позиционирования и проектант якорных линий должны решить следующие вопросы:
- проведение изысканий на площадке установки, включающих обнажение горных пород и определение свойств грунта, таких как абразивность и мягкость;
- исключение повреждений оплетки и защитного кожуха из-за попадания частиц в ходе установки из-за абразивного эффекта твердого грунта;
- определение результатов воздействий циклических колебаний на проникновение частиц грунта внутрь защитного кожуха;
- обеспечение неподвижности канатов, временно уложенных на морском дне до начала операций по монтажу системы позиционирования;
- процедуры технического контроля (см. [4]).
Дополнительная информация и рекомендации приведены в А.14.2.2 (приложение А).
15.3 Анализ усталостной прочности волоконных синтетических канатов
15.3.1 Усталостная прочность "натяжение-натяжение"
При проектировании необходимо выполнить оценку усталостной прочности "натяжение-натяжение".
Усталостная прочность канатов из полиэстера и высокомолекулярного полиэтилена может, как правило, считаться равной шестикратному сроку, который указан в таблице 3 для стального каната одинарной свивки при Q = 0,3 [т.е. K = 1000 в формуле (12)], для диапазонов нагрузки, не превышающих 50 % от минимального разрывного усилия.
Для канатов из других волокон, таких как арамид и нейлон, данные по усталостным испытаниям недостаточны для построения расчетных кривых по усталости. Из-за отсутствия необходимых данных кривую усталости для стального каната одинарной свивки допускается использовать для расчета на усталость этих волоконных канатов, см. таблицу 3.
Дополнительная информация и рекомендации приведены в А.14.3.1 (приложение А).
15.3.2 Усталость при осевом сжатии
Усталость при осевом сжатии не является проблемой для канатов из полиэстера и высокомолекулярного полиэтилена. Усталость при осевом сжатии может возникнуть с другими материалами, из которых изготавливают канаты, когда канат испытывает избыточное число циклов при низких значениях натяжения каната. Чтобы не допустить воздействия осевого сжатия на какой-либо участок каната, постоянно должно поддерживаться минимальное натяжение линии в соответствии с 15.5.2.
Дополнительная информация и рекомендации приведены в А.14.3.2 (приложение А).
15.4 Анализ ползучести волоконных синтетических канатов
Удлинение за счет ползучести канатов из высокомолекулярных полиэтиленов должно прогнозироваться для наиболее критичных участков каната, т.е. участков, подвергающихся воздействию высоких температур окружающей среды и высокого натяжения. Как правило, такой участок является самым верхним участком каната. Для канатов из полиэстера и арамида, как правило, исследование ползучести не требуется, если только такие канаты не подвергаются нестандартному воздействию.
Суммарное удлинение вследствие ползучести в течение расчетного срока службы оценивается, когда это необходимо (см. 15.2.2), для системы позиционирования в неповрежденном состоянии. Где это применимо, и особенно для ранее использованных элементов системы позиционирования, удлинение вследствие ползучести должно учитываться по результатам предшествующей эксплуатации.
Дополнительная информация и рекомендации приведены в А.14.4 (приложение А).
15.5 Расчетные критерии
15.5.1 Максимальное натяжение якорных линий
Максимальное натяжение якорных линий и расчетные коэффициенты безопасности должны соответствовать 11.2.
Дополнительная информация и рекомендации приведены в А.14.5.1 (приложение А).
15.5.2 Минимальное натяжение якорных линий
15.5.2.1 Общие сведения
Минимальное натяжение якорных линий в процессе эксплуатации оценивают соответствующим образом.
Минимальное натяжение линии определяют на основе анализа подветренных якорных линий в ходе расчетных ситуаций. При необходимости количество циклов низкого натяжения линии вычисляют путем анализа долговременного распределения состояний моря.
Минимальные значения натяжения линий прогнозируют методами вычислений в частотной или временной областях. Нелинейности также учитывают соответствующим образом. Эффекты меняющихся во времени воздействий на плавучее сооружение должны быть включены, так как они влияют на значение минимального натяжения подветренных линий, а также на количество случаев минимального натяжения.
15.5.2.2 Полиэстер и высокомолекулярные полиэтилены
Повреждение при сжатии не является проблемой для канатов из полиэстера и высокомолекулярных полиэтиленов. Тем не менее, целостность якорных линий следует учитывать, если известно, что якорная линия не всегда будет натянута в процессе эксплуатации.
15.5.2.3 Арамид и другие материалы
Для канатов, изготовленных из арамида и других материалов с более высоким модулем упругости, минимальное натяжение линий должно постоянно поддерживаться на уровне 10 % от минимального разрывного усилия (за исключением случаев, указанных в 15.5.2.4), если только в ходе испытаний не будет обосновано более низкое значение. Тем не менее если такие канаты подвержены сильному перекручиванию, то даже эти минимальные значения натяжения могут быть недостаточными для обеспечения целостности канатов.
15.5.2.4 Минимальное среднее натяжение для предварительно развернутых якорных линий
Минимальное среднее натяжение предварительно развернутых линий из арамида и других материалов с более высоким модулем упругости составляет 2 % от минимального разрывного усилия. Однако если такие канаты подвержены значительному перекручиванию, то даже эти минимальные средние уровни натяжения могут быть недостаточны для обеспечения целостности каната.
15.5.3 Усталость
Коэффициент безопасности усталостной прочности, указанный в 11.5, также применим для волоконных синтетических канатов.
15.5.4 Удлинение якорных линий при ползучести канатов
Требования, указанные ниже, не применяют в отношении канатов из полиэстера и арамида.
Максимально допустимое удлинение якорных линий при ползучести канатов определяется как наименьшее:
- от удлинения, при котором прочность каната составляет 95 % от первоначального минимального разрывного усилия;
- 10 % длины после установки и после полной обтяжки.
Прогнозируемое удлинение якорных линий при ползучести канатов для большинства критичных участков каната на протяжении расчетного срока службы каната, должно быть меньше максимально допустимого удлинения при ползучести.
Дополнительная информация и рекомендации приведены в А.14.5.4 (приложение А).
15.6 Модельные испытания якорных линий из волоконных канатов
Для систем позиционирования с якорными линиями из волоконных синтетических канатов модельные испытания должны учитывать нелинейное удлинение при натяжении якорной линии. Если более точные данные или модели отсутствуют, то при испытаниях следует, как минимум, моделировать значения жесткости по нижнему пределу (после установки) и по верхнему пределу (для шторма).
Библиография
Откройте актуальную версию документа прямо сейчас
Если вы являетесь пользователем интернет-версии системы ГАРАНТ, вы можете открыть этот документ прямо сейчас или запросить по Горячей линии в системе.
Национальный стандарт РФ ГОСТ Р 58773-2019 (ИСО 19901-7:2013) "Нефтяная и газовая промышленность. Сооружения нефтегазопромысловые морские. Системы позиционирования плавучих сооружений" (утв. и введен в действие приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 18 декабря 2019 г. N 1411-ст)
Текст ГОСТа приводится по официальному изданию Стандартинформ, Москва, 2020 г.
Дата введения - 1 сентября 2020 г.